DE102019104962B4 - METHOD FOR PRODUCING A SWITCH BOX, IN PARTICULAR A HIGH VOLTAGE SWITCH BOX, FOR AN ELECTRICALLY DRIVEN MOTOR VEHICLE AND SWITCH BOX - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Schaltbox, insbesondere einer Hochvoltschaltbox (10), für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte:- Zuordnen einzelner Komponenten (28, 42, 44, 50, 52, 58, 68) der Schaltbox zu jeweiligen Vormontagebraugruppen (12, 14, 16, 18, 20, 22, 26);- Vormontieren der Komponenten (28, 42, 44, 50, 52, 58, 68) zu den jeweiligen Vormontagebraugruppen (12, 14, 16, 18, 20, 22, 26) gemäß der Zuordnung;- Montieren der Schaltbox, indem die vormontierten Vormontagebraugruppen (12, 14, 16, 18, 20, 22, 26) in einer einzigen Montagerichtung (30) schichtweise nacheinander zusammenmontiert werden,wobei wenigstens eine der Vormontagebaugruppen einen Stromschienenverbund (20, 22) umfasst, welcher aus einzelnen Stromschienensegmenten (36, 46) elektrisch leitend vormontiert und mit wenigstens einer der Komponenten (42, 44, 50, 52) bestückt, insbesondere automatisiert bestückt, wird, undwobei die Stromschienensegmente (36, 46) in einer bestimmungsgemäßen Anordnung zueinander positioniert und mit einem thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Kunststoff (38, 48) ummantelt, insbesondere umspritzt, sowie anschließend elektrisch leitend miteinander verbunden werden,wobei nach der Ummantelung mit dem Kunststoff (38, 48) dieser an vorgegeben Stellen entfernt und dort die Stromschienensegmente (36, 46) untereinander kontaktiert oder die wenigstens eine Komponente (42, 44, 50, 52) an einem der Stromschienensegmente (36, 46) kontaktiert wird.Method for producing a switch box, in particular a high-voltage switch box (10), for an electrically driven motor vehicle, comprising the steps: - Assigning individual components (28, 42, 44, 50, 52, 58, 68) of the switch box to respective pre-assembly groups (12, 14, 16, 18, 20, 22, 26);- Pre-assembling the components (28, 42, 44, 50, 52, 58, 68) to the respective pre-assembly brewing groups (12, 14, 16, 18, 20, 22, 26 ) according to the assignment; - Assembling the switch box by assembling the pre-assembled pre-assembly groups (12, 14, 16, 18, 20, 22, 26) one after the other in a single assembly direction (30), with at least one of the pre-assembly assemblies forming a busbar assembly (20 , 22), which is pre-assembled in an electrically conductive manner from individual busbar segments (36, 46) and equipped with at least one of the components (42, 44, 50, 52), in particular automatically equipped, and the busbar segments (36, 46) in one positioned relative to each other in the intended arrangement and encased, in particular overmolded, with a thermally conductive and electrically insulating plastic (38, 48), and then connected to one another in an electrically conductive manner, whereby after the encasement with the plastic (38, 48), it is removed at predetermined points and there the busbar segments (36, 46) are contacted with one another or the at least one component (42, 44, 50, 52) on one of the busbar segments (36, 46) is contacted.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltbox, insbesondere einer Hochvoltschaltbox, für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und eine Schaltbox.The present invention relates to a method for producing a switch box, in particular a high-voltage switch box, for an electrically driven motor vehicle and a switch box.
Stand der TechnikState of the art
Ein Hochvoltsystem, oder Hochvolt (kurz HV), ist ein eigenständiger Begriff aus der Fahrzeugtechnik für Systeme, welche mit Wechselspannungen über 30 V bis 1 kV oder mit Gleichspannungen über 60 V bis 1,5 kV betrieben werden. Der Begriff Hochvolt ist nicht mit dem Begriff Hochspannung aus der elektrischen Energietechnik zu verwechseln. Systeme, welche mit Wechselspannungen im Fahrzeugbereich bis einschließlich 30 V oder Gleichspannungen bis einschließlich 60 V betrieben werden, werden als Niedervoltsystem oder Niedervolt (kurz NV) bezeichnet und finden vor allem im Bordnetz von Fahrzeugen Anwendung. Die Unterscheidung ist insbesondere bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb wie Hybridfahrzeuge, Fahrzeuge mit Brennstoffzellen oder Akkumulatoren relevant. Ein Hochvoltschaltbox ist somit für entsprechend hohe Spannungen ausgelegt.A high-voltage system, or high-voltage (HV for short), is an independent term from vehicle technology for systems that are operated with alternating voltages of over 30 V to 1 kV or with direct voltages of over 60 V to 1.5 kV. The term high voltage should not be confused with the term high voltage from electrical energy technology. Systems that are operated with alternating voltages in the vehicle sector up to and including 30 V or direct voltages up to and including 60 V are referred to as low-voltage systems or low-voltage (NV for short) and are primarily used in the vehicle electrical system. The distinction is particularly relevant for vehicles with electric drives such as hybrid vehicles, vehicles with fuel cells or batteries. A high-voltage switch box is therefore designed for correspondingly high voltages.
Sogenannte Hochvoltschaltboxen dienen als Schnittstelle zwischen Batteriezellen und Hochvoltbordnetz bei rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen oder Hybridfahrzeugen. Mit anderen Worten dienen Hochvoltschaltboxen also als Schnittstelle zwischen den Batteriezellen eines Speichersystems und dem Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs. Üblicherweise umfassen Hochvoltschaltboxen Trennelemente, eine Absicherung, eine hochpräzise Messtechnik und eine sicherheitsrelevante und relativ komplexe Steuerelektronik.So-called high-voltage switch boxes serve as an interface between battery cells and the high-voltage electrical system in purely electrically powered motor vehicles or hybrid vehicles. In other words, high-voltage switch boxes serve as an interface between the battery cells of a storage system and the high-voltage electrical system of a motor vehicle. High-voltage switch boxes usually include separating elements, fuses, high-precision measurement technology and safety-relevant and relatively complex control electronics.
Ein zentrales Element solcher Hochvoltschaltboxen ist üblicherweise das Batteriesteuergerät, welches alle relevanten Daten des Batteriesystems, wie beispielsweise eines Strom- und/oder Spannungssensors oder der Zellcontroller, erfasst. Eine oder mehrere Strom-Spannungs-Sensoren ermitteln üblicherweise präzise Daten für das Batteriemanagement und liefern eine sehr genaue Bestimmung des Ladezustands der Hochvoltbatterie und damit der Reichweite des betreffenden Fahrzeugs. Neben dem Strom-Spannungs-Sensor enthält die Hochvoltschaltbox üblicherweise auch die Ansteuerung für eine elektrische Heizung des betreffenden Hochvoltspeichers sowie weitere elektrische Komponenten, die für das Öffnen und Schließen der Hochvolt-Strompfade, das kontrollierte Starten des betreffenden Fahrzeugs sowie die Absicherung im Fehlerfall verantwortlich sind.A central element of such high-voltage switch boxes is usually the battery control unit, which records all relevant data from the battery system, such as a current and/or voltage sensor or the cell controller. One or more current-voltage sensors usually determine precise data for battery management and provide a very precise determination of the state of charge of the high-voltage battery and thus the range of the vehicle in question. In addition to the current-voltage sensor, the high-voltage switch box usually also contains the control for an electric heater of the high-voltage storage unit in question as well as other electrical components that are responsible for opening and closing the high-voltage current paths, the controlled starting of the vehicle in question and protection in the event of a fault .
Durch die fortschreitende Elektrifizierung von Automobilen nimmt die Komplexität der Komponenten in Elektrofahrzeugen bzw. Hybridfahrzeugen stetig zu. Das stellt die Automobilbranche vor einen kontinuierlichen Lern- und Optimierungsprozess, weil die nötigen Erfahrungen erst gesammelt werden müssen. Bei der Analyse von Schaltboxen bzw. Hochvoltschaltboxen wird klar, dass diese für die Anwendung in Elektrofahrzeugen zusätzliche Funktionen übernehmen müssen. Dabei sind unter anderem die Sicherheit der zu befördernden Personen und die Überwachung der Batterie im Vergleich zu ihren Pendants für Verbrennungsmotoren zu beachten.Due to the increasing electrification of automobiles, the complexity of the components in electric vehicles and hybrid vehicles is constantly increasing. This presents the automotive industry with a continuous learning and optimization process because the necessary experience must first be gained. When analyzing switch boxes or high-voltage switch boxes, it becomes clear that they have to take on additional functions for use in electric vehicles. Among other things, the safety of the people being transported and the monitoring of the battery compared to its counterparts for internal combustion engines must be taken into account.
Üblicherweise erfolgt die Herstellung und insbesondere die Montage solcher Schaltboxen - vor allem aufgrund ihrer Komplexität und ihrer fahrzeugindividuellen Entwicklung - noch zum größten Teil in manueller Fertigung. Gründe dafür können beispielsweise nicht ideale Bauraumvorgaben sein, aus welchen wiederum montagetechnisch ungünstige Randbedingungen für eine Gestaltung von Stromschienen der Schaltboxen resultieren können. Zudem ist es bei der Montage solcher Schaltboxen oftmals erforderlich, eine Vielzahl von Montage- und Schraubrichtungen vorzusehen sowie zur Verkabelung von Sensorik, Aktuatorik und anderen Komponenten einen relativ kleinteiligen Kabelsatz vorzusehen.Usually, the production and in particular the assembly of such switch boxes - especially due to their complexity and their vehicle-specific development - is still largely carried out manually. Reasons for this can, for example, be non-ideal installation space specifications, which in turn can result in unfavorable assembly conditions for the design of the busbars of the switch boxes. In addition, when assembling such switch boxes, it is often necessary to provide a variety of assembly and screwing directions and to provide a relatively small cable set for cabling sensors, actuators and other components.
Üblicherweise werden daher jeweilige Komponenten einer herzustellenden Schaltbox fahrzeugindividuell angeordnet und mit entsprechend gestalteten Stromschienen verbunden. Durch die fahrzeugindividuelle Anordnung der Komponenten ergibt sich üblicherweise eine Vielzahl an Montage- und Schraubrichtungen, deretwegen eine automatisierte Montage nur schwer bis gar nicht darstellbar ist. Gleiches gilt auch für die Montage des Kabelsatzes an derartigen Schaltboxen, dessen kleinteilige Komplexität nicht wirtschaftlich automatisierbar ist und die zudem enorme Anforderungen an die Handmontage hinsichtlich der Fehlerquote stellt. Darüber hinaus erfordert das fahrzeugindividuelle Design solcher Schaltboxen für jedes Baumuster neuerliche Tests hinsichtlich funktionaler Belastbarkeiten, Crashstabilitäten und elektromagnetischer Verträglichkeiten, sodass derartige Tests enorme Kosten verursachen können.Therefore, respective components of a switch box to be manufactured are arranged individually for each vehicle and connected to appropriately designed busbars. The vehicle-specific arrangement of the components usually results in a large number of assembly and screwing directions, which makes automated assembly difficult or impossible. The same applies to the assembly of the cable set on such switch boxes, the small-scale complexity of which cannot be economically automated and which also places enormous demands on manual assembly in terms of error rates. In addition, the vehicle-specific design of such switch boxes requires new tests for each model with regard to functional load capacity, crash stability and electromagnetic compatibility, so that such tests can incur enormous costs.
Die Druckschrift
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Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher eine besonders einfache Herstellung einer Schaltbox, insbesondere einer Hochvoltschaltbox, für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ermöglicht wird.It is therefore the object of the present invention to provide a solution by means of which a particularly simple production of a switch box, in particular a high-voltage switch box, for an electrically driven motor vehicle is made possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltbox, insbesondere einer Hochvoltschaltbox, für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for producing a switch box, in particular a high-voltage switch box, for an electrically powered motor vehicle. Further possible embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Schaltbox, insbesondere einer Hochvoltschaltbox, für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, werden einzelne Komponenten der Schaltbox jeweiligen Vormontagebaugruppen zugeordnet. Die Komponenten werden zu den jeweiligen Vormontagebaugruppen gemäß der Zuordnung vormontiert. Danach wird die Schaltbox montiert, indem die vormontierten Vormontagebaugruppen in einer einzigen Montagerichtung schichtweise nacheinander zusammenmontiert werden. Wenigstens eine der Vormontagebaugruppen umfasst einen Stromschienenverbund, welcher aus einzelnen Stromschienensegmenten elektrisch leitend vormontiert und mit wenigstens einem Bauteil bestückt, insbesondere automatisiert bestückt, wird. Die Stromschienensegmente werden in einer bestimmungsgemäßen Anordnung zueinander positioniert und mit einem thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Kunststoff ummantelt, insbesondere umspritzt, sowie anschließend elektrisch leitend miteinander verbunden. Nach der Ummantelung mit dem Kunststoff wird dieser an vorgegebenen Stellen entfernt und dort die Stromschienensegmente untereinander kontaktiert oder das wenigstens eine Bauteil an einem der Stromschienensegmente kontaktiert.In the method according to the invention for producing a switch box, in particular a high-voltage switch box, for an electrically driven motor vehicle, individual components of the switch box are assigned to respective pre-assembly assemblies. The components are pre-assembled into the respective pre-assembly assemblies according to the assignment. The switch box is then assembled by assembling the pre-assembled pre-assembly assemblies one after the other in a single assembly direction, one after the other. At least one of the pre-assembly assemblies comprises a busbar assembly, which is preassembled in an electrically conductive manner from individual busbar segments and equipped with at least one component, in particular automatically equipped. The busbar segments are positioned in a proper arrangement relative to one another and are encased, in particular overmolded, with a thermally conductive and electrically insulating plastic, and then connected to one another in an electrically conductive manner. After being covered with the plastic, it is removed at predetermined points and there the busbar segments are contacted with each other or the at least one component on one of the busbar segments is contacted.
Zusammenmontieren bedeutet insbesondere, dass die einzelnen Vormontagebaugruppen miteinander verbunden werden, zum Beispiel form- und/oder kraftschlüssig. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei der Herstellung der Schaltbox ein standardisiertes Layout für die Schaltbox vorgegeben wird, was die Fertigung bzw. Herstellung hoher Stückzahlen zu günstigen Stückpreisen ermöglicht. Des Weiteren sind durch das standardisierte Layout der Schaltbox die eingangs erwähnten kostenintensiven vollumfänglichen Tests zur Absicherung der Serienreife nicht für jedes Baumuster von neuem erforderlich. Zudem besteht die Möglichkeit, eine standardisierte Schaltbox als integralen Teil einer Baukasten-Hochvoltbatterie einzubringen.Assembling together means in particular that the individual pre-assembly assemblies are connected to one another, for example in a positive and/or non-positive manner. In particular, it is intended that when producing the switch box, a standardized layout is specified for the switch box, which enables the production or production of large quantities at low unit prices. Furthermore, due to the standardized layout of the switch box, the cost-intensive, comprehensive tests mentioned at the beginning to ensure readiness for series production are not necessary for every model. It is also possible to incorporate a standardized switch box as an integral part of a modular high-voltage battery.
Die Erfindung kann somit auch ein Verfahren zum Herstellen unterschiedlicher Varianten der Schaltbox umfassen, wobei in diesem Fall insbesondere variantenübergreifend ein standardisiertes Layout bzw. ein standardisierter Grundaufbau für alle Varianten der Schaltbox vorgegeben wird. Die verschiedenen Vormontagebaugruppen können beispielsweise nach funktionalen Aspekten der Schaltbox standardisiert vorgegeben werden. Innerhalb der einzelnen Vormontagebaugruppen ist es dann variantenabhängig möglich, die konkrete Zusammenstellung der Vormontagebaugruppen aus einzelnen Komponenten entsprechend zu variieren. Die einzige Montagerichtung bleibt dabei über alle Varianten der Schaltbox gleichermaßen erhalten, sodass bei allen Varianten der herzustellenden Schaltboxen die vormontierten Vormontagebaugruppen schichtweise nacheinander zusammenmontiert werden können, und zwar in einer einzigen Richtung.The invention can therefore also include a method for producing different variants of the switch box, in which case, in particular across variants, a standardized layout or a standardized basic structure is specified for all variants of the switch box. The various pre-assembly assemblies can, for example, be standardized according to functional aspects of the switch box. Within the individual pre-assembly assemblies, depending on the variant, it is then possible to vary the specific composition of the pre-assembly assemblies from individual components accordingly. The single assembly direction remains the same across all variants of the switch box, so that for all variants of the switch boxes to be manufactured, the pre-assembled pre-assembly assemblies can be assembled together in layers, one after the other, in a single direction.
So ist es beispielsweise mittels des Verfahrens auch möglich, skalierbare Schaltboxen herzustellen, wobei die Skalierung und die Dimensionierung einzelner Komponenten und/oder die Anzahl der jeweiligen Komponenten betreffen kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt insbesondere eine strikte Fokussierung auf eine optimierte Fertigung der Schaltbox bzw. der unterschiedlichen Schaltboxvarianten. Dadurch können Aufwände bei der Herstellung der Schaltbox oder der unterschiedlichen Schaltboxvarianten erheblich reduziert werden.For example, using the method it is also possible to produce scalable switch boxes, which can affect the scaling and dimensioning of individual components and/or the number of the respective components. In the method according to the invention, there is in particular a strict focus on optimized production of the switch box or the different switch box variants. This means that the effort involved in producing the switch box or the different switch box variants can be significantly reduced.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Aufteilung der Komponenten bzw. einzelner Bauteile in besagte Vormontagebaugruppen, die separat vormontiert werden. Durch einen modularen und schichtweisen Aufbau der Vormontagebaugruppen zur Schaltbox in einer einzigen Montagerichtung ist eine standardisierte Herstellung der Schaltbox bzw. unterschiedlicher Schaltboxvarianten möglich. Die einzelnen Vormontagebaugruppen werden miteinander durch geeignete Fügeverfahren verbunden, beispielsweise durch Verschrauben, Verschweißen, Heißverstämmen, Verlöten, Laserbonden, formschlüssiges Verrasten und dergleichen, um nur einige mögliche Fügeverfahren beispielhaft aufzuführen.What is essential in the method according to the invention is the division of the components or individual components into said pre-assembly assemblies, which are pre-assembled separately. A modular and layered structure of the pre-assembly assemblies for the switch box in a single assembly direction enables standardized production of the switch box or different switch box variants. The individual pre-assembly assemblies are connected to one another using suitable joining methods, for example by screwing, welding, hot staking, soldering, laser bonding, positive locking and the like, to give just a few examples of possible joining methods.
Zudem wird bei der Montage der Vormontagebaugruppen zu der Schaltbox ein Ausgleich vorhandener bzw. entstehender Fertigungs- und Montagetoleranzen sichergestellt. Die Ausgestaltungen des Zusammenbaus der Vormontagebaugruppen und der gesamten Schaltbox berücksichtigt dabei insbesondere Anforderungen an eine automatisierte Fertigung ebenso wie Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit.In addition, when assembling the pre-assembly assemblies to the switch box, compensation for existing or emerging manufacturing and assembly tolerances is ensured. The configurations of the assembly of the pre-assembly assemblies and the entire switch box take into account in particular the requirements of an automated system Manufacturing as well as requirements for electromagnetic compatibility.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also möglich, eine einzige Schaltboxvariante oder auch unterschiedliche Schaltboxvarianten besonders einfach, standardisiert und somit kostengünstig herzustellen. Sowohl die Herstellung der Vormontagebaugruppen als auch die Assemblierung zur fertigen Schaltbox sind insbesondere auf eine maschinelle Herstellbarkeit hin optimiert und ermöglichen daher die Herstellung und insbesondere die Montage der Schaltbox in einer standardisierten Fertigungsabfolge, insbesondere in Form einer automatisierten Montagelinie. Es kann also vorgesehen sein, dass das Zusammenmontieren der vormontierten Vormontagebaugruppen automatisiert durchgeführt wird. Im Ergebnis ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens also möglich, eine modular aufgebaute und hinsichtlich ihres Leistungsumfangs skalierbare Schaltbox besonders einfach und kostengünstig herzustellen. Auch die Montage bzw. Herstellung der einzelnen Vormontagebaugruppen kann automatisiert erfolgen, wodurch manuelle Arbeitsschritte und damit verbundene Aufwände und Kosten eingespart werden können.By means of the method according to the invention, it is therefore possible to produce a single switch box variant or different switch box variants in a particularly simple, standardized and therefore cost-effective manner. Both the production of the pre-assembly assemblies and the assembly into the finished switch box are optimized in particular for machine producibility and therefore enable the production and in particular the assembly of the switch box in a standardized manufacturing sequence, in particular in the form of an automated assembly line. It can therefore be provided that the assembly of the pre-assembled pre-assemblies is carried out automatically. As a result, using the method according to the invention, it is possible to produce a modular switch box that is scalable in terms of its scope of performance in a particularly simple and cost-effective manner. The assembly or production of the individual pre-assembly assemblies can also be automated, which means that manual work steps and the associated effort and costs can be saved.
Bei dem Stromschienenverbund handelt es sich mit anderen Worten um eine Art Stromschienenpaket. Dabei kann es vorgesehen sein, dass jeweils separiert für einen Plus- und Masseverbund jeweilige Stromschienenverbünde aus den einzelnen Stromschienensegmenten vorgesehen werden. Die Bestückung mit Bauteilen bzw. Komponenten, zum Beispiel in Form von Hochvolt-Schützen, Schmelzsicherungen, pyrotechnischen Elementen und dergleichen, kann automatisiert erfolgen. Auf diese Weise ist es möglich, den betreffenden Stromschienenverbund als auch die Bestückung des Stromschienenverbunds mit entsprechenden Bauteilen bzw. Komponenten besonders einfach, standardisiert und kostengünstig umzusetzen.In other words, the busbar network is a type of busbar package. It can be provided that respective busbar assemblies from the individual busbar segments are provided separately for a plus and ground connection. The assembly with parts or components, for example in the form of high-voltage contactors, fuses, pyrotechnic elements and the like, can be done automatically. In this way, it is possible to implement the busbar assembly in question as well as equipping the busbar assembly with corresponding parts or components in a particularly simple, standardized and cost-effective manner.
Die Stromschienensegmente werden in einer bestimmungsgemäßen Anordnung zueinander positioniert und mit einem thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Kunststoff ummantelt, insbesondere umspritzt, sowie anschließend elektrisch leitend miteinander verbunden. Auf diese Weise können die einzelnen Stromschienensegmente schon in ihrer bestimmungsgemäßen Anordnung zueinander durch den Kunststoff fixiert werden. Zudem kann der Kunststoff derart ummantelt bzw. umspritzt werden, sodass mittels diesem beispielsweise Aufnahmebereiche für unterschiedliche Bauteile bzw. Komponenten bereitgestellt werden, welche danach noch elektrisch leitend mit den Stromschienensegmenten verbunden werden können. Dadurch, dass die Stromschienensegmente in ihrer bestimmungsgemäßen Anordnung zueinander positioniert und anschließend mit dem besagten Kunststoff ummantelt, insbesondere umspritzt werden, ist es auf besonders einfache und automatisierbare Weise möglich, die Stromschienensegmente in ihrer bestimmungsgemäßen Anordnung zu fixieren. Dies erleichtert anschließend die elektrisch leitende Verbindung der einzelnen Stromschienensegmente untereinander, welche wiederum automatisiert erfolgen kann. The busbar segments are positioned in a proper arrangement relative to one another and are encased, in particular overmolded, with a thermally conductive and electrically insulating plastic, and then connected to one another in an electrically conductive manner. In this way, the individual busbar segments can be fixed in their intended arrangement to one another by the plastic. In addition, the plastic can be coated or overmolded in such a way that, for example, receiving areas for different parts or components are provided, which can then be connected to the busbar segments in an electrically conductive manner. Because the busbar segments are positioned relative to one another in their intended arrangement and are then coated, in particular overmolded, with said plastic, it is possible to fix the busbar segments in their intended arrangement in a particularly simple and automated manner. This then facilitates the electrically conductive connection of the individual busbar segments to one another, which in turn can be carried out automatically.
Nach der Ummantelung mit dem Kunststoff wird dieser an vorgegebenen Stellen entfernt und dort die Stromschienensegmente untereinander kontaktiert und/oder das wenigstens eine Bauteil an einem der Stromschienensegmente kontaktiert. Mit anderen Worten ist es möglich, dass beispielsweise einige Freischnitte im Kunststoff zur Schaffung einer Zugänglichkeit zu Schweißzonen oder anderen Befestigungsmöglichkeiten vorgesehen werden, sodass die Stromschienensegmente untereinander auf besonders einfache Weise kontaktiert werden können und/oder eine Kontaktierung von Bauteilen bzw. Komponenten an den Stromschienensegmenten besonders einfach und zuverlässig erfolgen kann.After being coated with the plastic, it is removed at predetermined locations and there the busbar segments are contacted with one another and/or the at least one component on one of the busbar segments is contacted. In other words, it is possible, for example, for some free cuts to be provided in the plastic to create accessibility to welding zones or other fastening options, so that the busbar segments can be contacted with one another in a particularly simple manner and / or contacting parts or components on the busbar segments in particular can be done easily and reliably.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der Vormontagebaugruppen eine mit einem Kühlmedium durchströmbare Kühlplatte ist, welche vormontiert und mit einem thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Kunststoff ummantelt, insbesondere umspritzt, wird. Die Kühlplatte kann beispielsweise aus Aluminium hergestellt werden. Zudem ist es beispielsweise möglich, die Kühlplatte mittels eines Rollbond- oder Hohlkammerverfahrens herzustellen, wobei eine strömungsoptimierte Kanalgeometrie bei der Kühlplatte vorgesehen sein kann. Dadurch, dass die Kühlplatte mit dem thermischen leitfähigen und elektrisch isolierenden Kunststoff ummantelt, insbesondere umspritzt, wird, kann einerseits sichergestellt werden, dass eine gute Wärmeabfuhr über die Kühlplatte erfolgen kann, wobei andererseits sichergestellt werden kann, dass es zu keinen Kurzschlüssen zwischen stromführenden Komponenten und der Kühlplatte kommt.According to a further possible embodiment of the invention, it is provided that at least one of the pre-assembly assemblies is a cooling plate through which a cooling medium can flow, which is pre-assembled and encased, in particular overmolded, with a thermally conductive and electrically insulating plastic. The cooling plate can be made from aluminum, for example. In addition, it is possible, for example, to produce the cooling plate using a roll bond or hollow chamber process, whereby a flow-optimized channel geometry can be provided in the cooling plate. Because the cooling plate is encased, in particular overmolded, with the thermally conductive and electrically insulating plastic, it can be ensured on the one hand that good heat dissipation can take place via the cooling plate, while on the other hand it can be ensured that there are no short circuits between current-carrying components and the cooling plate comes.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest einige der Komponenten mittels wenigstens einer elektrisch leitenden Verbindungsanordnung elektrisch leitend miteinander verbunden werden, die ein Stanzgitter mit mehreren elektrischen Leitern umfasst. Es können auch mehrere dieser Stanzgitter vorgesehen sein, um beispielsweise sowohl Hochvoltkomponenten als auch Niedervoltkomponenten elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Diese als elektrisch leitende Verbindungsanordnungen dienenden Stanzgitter mit den mehreren elektrischen Leitern können klassische Kabelsätze weitestgehend oder vollständig bei der Schaltbox ersetzen. Insbesondere können die Stanzgitter schon eine dreidimensional geformte Geometrie bzw. Form aufweisen, sodass die entsprechenden Komponenten besonders einfach und insbesondere automatisiert mittels der Stanzgitter elektrisch leitend miteinander verbunden werden können.A further possible embodiment of the invention provides that at least some of the components are electrically connected to one another by means of at least one electrically conductive connection arrangement, which comprises a lead frame with a plurality of electrical conductors. Several of these lead frames can also be provided in order, for example, to connect both high-voltage components and low-voltage components to one another in an electrically conductive manner. These lead frames with the multiple electrical conductors, which serve as electrically conductive connection arrangements, can Replace classic cable sets as far as possible or completely in the switch box. In particular, the lead frames can already have a three-dimensionally shaped geometry or shape, so that the corresponding components can be connected to one another in an electrically conductive manner in a particularly simple and, in particular, automated manner using the lead frames.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die elektrischen Leiter des Stanzgitters mit einem thermisch leitenden und elektrisch isolierenden Kunststoff ummantelt, insbesondere umspritzt, werden. Die Ummantelung mit dem Kunststoff kann dabei zwei Funktionen gleichzeitig erfüllen: Erstens dient die Kunststoffummantelung zur elektrischen Isolation der einzelnen elektrischen Leiter des betreffenden Stanzgitters. Zweitens kann der umspritzte Kunststoff auch zur Stabilisierung der einzelnen Leiter und somit des gesamten Stanzgitters, also der Verbindungsanordnung, beitragen. Wie gesagt können die elektrischen Leiter entsprechend ihrer Verbindungsaufgabe eine dreidimensional ausgeformte Kontur aufweisen. Durch Umspritzen mit dem Kunststoff kann diese Form besonders einfach und zuverlässig abgestützt werden. Dies erleichtert die Handhabung der Stanzgitter, da diese dadurch wesentlich unempfindlicher gegenüber Verformungen sind, als wenn die elektrischen Leiter nicht mit dem Kunststoff umspritzt bzw. umhüllt werden würden.A further possible embodiment of the invention provides that the electrical conductors of the lead frame are encased, in particular overmolded, with a thermally conductive and electrically insulating plastic. The plastic coating can fulfill two functions at the same time: Firstly, the plastic coating serves to electrically insulate the individual electrical conductors of the lead frame in question. Secondly, the overmolded plastic can also contribute to stabilizing the individual conductors and thus the entire lead frame, i.e. the connection arrangement. As mentioned, the electrical conductors can have a three-dimensional contour depending on their connection task. This shape can be supported particularly easily and reliably by overmolding with the plastic. This makes it easier to handle the lead frames, as they are much less sensitive to deformation than if the electrical conductors were not overmolded or covered with the plastic.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der Vormontagebaugruppen ein Komponententräger, insbesondere aus Kunststoff, ist, in und/oder an welchem zumindest eine der Komponenten von zumindest einer der anderen Vormontagebaugruppen mechanisch fixiert und/oder abgestützt wird. Dadurch können eine oder mehrere Komponenten auf besonders einfache und zuverlässige Weise mechanisch fixiert und/oder abgestützt werden. Der Komponententräger kann beispielsweise entsprechend ausgeformte Aussparungen aufweisen, in welche die betreffenden Komponenten zumindest teilweise eingesetzt werden können, sodass diese mechanisch fixiert und/oder abgestützt werden. Der Komponententräger trägt also dazu bei, die einzelnen Komponenten in ihrer bestimmungsgemäßen Anordnung abzustützen und zu fixieren.A further possible embodiment of the invention provides that at least one of the pre-assembly assemblies is a component carrier, in particular made of plastic, in and/or on which at least one of the components of at least one of the other pre-assembly assemblies is mechanically fixed and/or supported. This allows one or more components to be mechanically fixed and/or supported in a particularly simple and reliable manner. The component carrier can, for example, have correspondingly shaped recesses into which the relevant components can be at least partially inserted, so that they are mechanically fixed and/or supported. The component carrier therefore helps to support and fix the individual components in their intended arrangement.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine der Vormontagebaugruppen eine Steuerelektronik umfasst, welche mit einer oder mehreren Komponenten der anderen Vormontagebaugruppen elektrisch leitend verbunden wird. Diese Steuerelektronik kann beispielsweise einen sogenannten Battery Management Controller (BMC) umfassen. Die Steuerelektronik kann zudem noch mit einer Einhausung versehen sein, um diese vor Umwelteinflüssen zu schützen. Beispielsweise kann die Steuerelektronik als letzte der Vormontagebaugruppen im Zuge der Montage der Schaltbox montiert werden. Eine andere Reihenfolge ist natürlich auch möglich.According to a further possible embodiment of the invention, it is provided that one of the pre-assembly assemblies comprises control electronics, which is connected in an electrically conductive manner to one or more components of the other pre-assembly assemblies. This control electronics can include, for example, a so-called Battery Management Controller (BMC). The control electronics can also be provided with an enclosure to protect it from environmental influences. For example, the control electronics can be installed as the last of the pre-assembly assemblies during the assembly of the switch box. A different order is of course also possible.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine der Vormontagebaugruppen wenigstens eine Anschlussschnittstelle für eine Batterie oder ein Hochvolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs aufweist, welche mit einem der Stromschienensegmente elektrisch leitend verbunden wird. Besagte Vormontagebaugruppe kann auch mehrere dieser Anschlussschnittstellen aufweisen, sodass unter Vermittlung der fertig montierten Schaltbox beispielsweise Batteriezellen mit dem Hochvolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden werden können.A further possible embodiment of the invention provides that one of the pre-assembly assemblies has at least one connection interface for a battery or a high-voltage electrical system of the motor vehicle, which is electrically connected to one of the busbar segments. Said pre-assembly assembly can also have several of these connection interfaces, so that battery cells, for example, can be connected to the high-voltage electrical system of the motor vehicle using the fully assembled switch box.
Die Schaltbox, insbesondere Hochvoltschaltbox, für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug umfasst mehrere Vormontagebaugruppen mit jeweiligen Komponenten, wobei die Vormontagebaugruppen in einer einzigen Montagerichtung schichtweise übereinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Die einzelnen Komponenten der Vormontagebaugruppen können insbesondere so angeordnet, geformt und zueinander ausgerichtet sein, dass die einzelnen Vormontagebaugruppen gemäß einer vorgebbaren Reihenfolge ausschließlich in der einzigen Montagerichtung zueinander bewegt werden müssen, um die Schaltbox schichtweise zusammenzusetzen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltbox und umgekehrt anzusehen.The switch box, in particular a high-voltage switch box, for an electrically driven motor vehicle comprises a plurality of pre-assembly assemblies with respective components, wherein the pre-assembly assemblies are arranged in layers one above the other in a single assembly direction and are connected to one another. The individual components of the pre-assembly assemblies can in particular be arranged, shaped and aligned with one another in such a way that the individual pre-assembly assemblies have to be moved towards one another exclusively in the single assembly direction in accordance with a predeterminable sequence in order to assemble the switch box in layers. Advantageous embodiments of the method according to the invention are to be viewed as advantageous embodiments of the switch box and vice versa.
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 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.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of the invention to leave.
Kurze FigurenbeschreibungShort character description
Es zeigt:
-
1 eine schematische Seitenansicht einer Hochvoltschaltbox für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug; -
2 eine Perspektivansicht von unten auf eine Kühlplatte der Hochvoltschaltbox; -
3 eine Perspektivansicht von schräg oben auf die Kühlplatte; -
4 eine Perspektivansicht von schräg oben auf einen mehrere Stromschienensegmente aufweisenden Masse-Stromschienenverbund der Hochvoltschaltbox; -
5 eine weitere Perspektivansicht des Masse-Stromschienenverbunds, wobei die einzelnen Stromschienensegmente mit einem Kunststoff umspritzt wurden; -
6 eine weitere Perspektivansicht des Masse-Stromschienenverbunds nach der Umspritzung mit dem Kunststoff, wobei zudem noch ein Strom- und Spannungssensor sowie Hochvolt-Schütze angebracht worden sind; -
7 eine Perspektivansicht von schräg oben auf einen Plus-Stromschienenverbund der Hochvoltschaltbox, bevor jeweilige Stromschienensegmente miteinander verbunden worden sind; -
8 eine Perspektivansicht von schräg oben auf den Plus-Stromschienenverbund nachdem die Stromschienensegmente mit einem Kunststoff umspritzt worden sind; -
9 eine Perspektivansicht von schräg oben auf den Plus-Stromschienenverbund, nachdem zusätzlich zur Kunststoffumspritzung noch ein pyrotechnisches Trennelement, Sicherungen und Hochvolt-Schütze angebracht worden sind; -
10 eine Perspektivansicht von schräg oben auf einen Zusammenbau der Kühlplatte mit den beiden Stromschienenverbunden; -
11 eine Draufsicht auf die zum Teil fertig montierte Hochvoltschaltbox, welche neben dem Zusammenbau der Kühlplatte mit den Stromschienenverbunden unter anderem mehreren Stanzgitter, einen Vorladekreis und Temperatursensoren aufweist; und -
12 eine Perspektivansicht auf die fast fertig montierte Hochvoltschaltbox, nachdem noch eine Steuerelektronik montiert worden ist.
-
1 a schematic side view of a high-voltage switch box for an electrically powered motor vehicle; -
2 a perspective view from below of a cooling plate of the high-voltage switch box; -
3 a perspective view diagonally from above of the cooling plate; -
4 a perspective view obliquely from above of a ground-busbar assembly of the high-voltage switch box having several busbar segments; -
5 a further perspective view of the ground-busbar assembly, with the individual busbar segments being encapsulated with a plastic; -
6 another perspective view of the ground-busbar assembly after the plastic has been encapsulated, with a current and voltage sensor and high-voltage contactors also being attached; -
7 a perspective view from diagonally above of a plus busbar assembly of the high-voltage switch box before respective busbar segments have been connected to one another; -
8th a perspective view diagonally from above of the plus busbar assembly after the busbar segments have been encapsulated with a plastic; -
9 a perspective view from above diagonally of the plus busbar assembly after a pyrotechnic separating element, fuses and high-voltage contactors have been attached in addition to the plastic encapsulation; -
10 a perspective view diagonally from above of an assembly of the cooling plate connected to the two busbars; -
11 a top view of the partially assembled high-voltage switch box, which, in addition to the assembly of the cooling plate with the busbars, has, among other things, several lead frames, a pre-charging circuit and temperature sensors; and -
12 A perspective view of the almost fully assembled high-voltage switch box after control electronics have been installed.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.In the figures, identical or functionally identical elements have been given the same reference numerals.
Eine Hochvoltschaltbox 10 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ist schematisch und ausschnittsweise in einer Seitenansicht in
Zum Herstellen der Hochvoltschaltbox 10 werden die einzelnen Komponenten 28 der Hochvoltschaltbox 10 zu jeweiligen Vormontagebaugruppen zugeordnet. Bei den Vormontagebaugruppen handelt es sich vorliegend um die Steuerelektronik 12, die Komponententräger 14, 18, die Niedervolt-Kontaktierungen 16, die Stromschienenverbunde 20, 22 und die Kühlplatte 26. Gemäß dieser Zuordnung werden die einzelnen Komponenten 28 zu den jeweiligen Vormontagebaugruppen vormontiert. Danach erfolgt das eigentliche Montieren der Hochvoltschaltbox 10, indem die vormontierten Vormontagebaugruppen in einer einzigen Montagerichtung 30 schichtweise nacheinander zusammenmontiert werden. Anhand der nachfolgenden Figuren werden die einzelnen Vormontagebaugruppen und die zugehörigen Komponenten 28 bzw. Bauteile näher erläutert.To produce the high-
In
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Innerhalb des Kunststoffs 38 können einige hier nicht näher gekennzeichnete Freischnitte vorgesehen werden, um eine Zugänglichkeit zu verschiedenen Schweißzonen zu gewährleisten. Dies erleichtert das elektrisch leitende Kontaktieren bzw. Miteinanderverschweißen der einzelnen Stromschienensegmente 36 und auch das elektrisch leitende Verbinden verschiedener hier nicht dargestellter Komponenten mit den Stromschienensegmenten 36.Some free cuts (not marked here) can be provided within the plastic 38 in order to ensure accessibility to various welding zones. This facilitates the electrically conductive contacting or welding together of the
In
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Des Weiteren umfasst der Zusammenbau noch weitere Stanzgitter 64 mit jeweiligen Leitungen 66, welche wiederum der Übersichtlichkeit halber nicht alle gekennzeichnet worden sind. Diese Stanzgitter 64 dienen zur Hochvolt-Spannungsmessung und sind entsprechend mit den entsprechenden Stromschienensegmenten 36, 46 der Stromschienenverbunde 20, 22 elektrisch leitend verbunden. Die Stanzgitter 64 dienen also zur Hochvolt-Kontaktierung innerhalb der Hochvoltschaltbox 10. Zudem wurde noch ein teilweise erkennbares Vorladerelais 68 hinzugefügt.Furthermore, the assembly includes further lead frames 64 with
Ferner umfasst der Zusammenbau 56 mehrere Anschlussschnittstellen 70, über welche die fertig montierte Hochvoltschaltbox 10 mit Batteriezellen bzw. einem Hochvolt-Bordnetz des betreffenden Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. Hier nicht dargestellt sind die im Zusammenhang mit
In
Wesentlich beim Herstellen und insbesondere beim Montieren der Hochvoltschaltbox 10 ist, dass die einzelnen Komponenten der Hochvoltschaltbox 10 jeweiligen Vormontagebaugruppen zugeordnet werden. Anschließend werden die Komponenten zu den jeweiligen Vormontagebaugruppen gemäß der Zuordnung vormontiert. In
Nachdem die Vormontagebaugruppen vormontiert worden sind, erfolgt das eigentliche Montieren der Hochvoltschaltbox 10, indem die vormontierten Vormontagebaugruppen in der einzigen möglichen Montagerichtung 30 (siehe
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- 1010
- HochvoltschaltboxHigh-voltage switch box
- 1212
- SteuerelektronikControl electronics
- 1414
- KomponententrägerComponent carrier
- 1616
- NiedervoltkontaktierungLow voltage contacting
- 1818
- KomponententrägerComponent carrier
- 2020
- Plus-StromschienenverbundPlus busbar assembly
- 2222
- Masse-StromschienenverbundGround busbar assembly
- 2424
- Gapfiller-GelGapfiller gel
- 2626
- Kühlplattecooling plate
- 2828
- Komponentecomponent
- 3030
- MontagerichtungMounting direction
- 3232
- Kunststoff an der KühlplattePlastic on the cooling plate
- 3434
- Anschlüsse der KühlplatteCooling plate connections
- 3636
- Stromschienensegmente des Masse-StromschienenverbundsBusbar segments of the ground-busbar assembly
- 3838
- Kunststoff am Masse-StromschienenverbundPlastic on the ground busbar assembly
- 4040
- Aussparungenrecesses
- 4242
- Strom- und SpannungssensorCurrent and voltage sensor
- 4444
- Hochvolt-SchützeHigh-voltage contactor
- 4646
- Stromschienensegmente des Plus-StromschienenverbundsBusbar segments of the plus busbar system
- 4848
- Kunststoff am Plus-StromschienenverbundPlastic on the plus busbar assembly
- 5050
- pyrotechnisches Trennelementpyrotechnic separating element
- 5252
- SicherungenFuses
- 5454
- Zusammenbauassembly
- 5656
- Zusammenbauassembly
- 5858
- TemperatursensorenTemperature sensors
- 6060
- Stanzgitterpunched grid
- 6262
- Leitungen des StanzgittersCables of the lead frame
- 6464
- Stanzgitterpunched grid
- 6666
- Leitungen des StanzgittersCables of the lead frame
- 6868
- VorladerelaisPrecharge relay
- 7070
- AnschlussschnittstellenConnection interfaces
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Legal Events
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---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |