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Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung mit mehreren Hochspannungs-Steckerkontakten und Niederspannungs-Steckerkontakten, wobei die Batteriesteckeranordnung Teil eines Elektrofahrzeugs mit einer Traktionsbatterie ist.
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Aus
CN 109378641 A1 und
DE 10 2014 226 755 A1 sind typische Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnungen bekannt, die zum Ausgleich von Toleranzen eines ladestationsseitigen Gegensteckers mehrere Hochspannungs-Steckerkontakte aufweisen, die in gewissen Grenzen, beispielsweise innerhalb weniger Millimeter, beweglich ausgebildet sind.
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Üblicherweise weisen moderne Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnungen nicht nur Hochspannungs-Steckerkontakte, sondern auch einen Niederspannungs-Mehrkontaktstecker auf, der das punktgenaue Zusammenstecken der Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung mit dem Gegenstecker einer Batterie-Sicherungs-Box zusätzlich erschwert.
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Die
DE 10 2010 035 868 B3 offenbart eine Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung für ein Elektrofahrzeug mit einer Traktionsbatterie, aufweisend eine batteriefeste Batteriesteckeranordnungs-Plattform, einzelne Hochspannungs-Steckerkontakte, und einen Niederspannungs-Mehrkontaktstecker mit mehreren Niederspannungs-Kontakten.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung mit Hochspannungs-Steckerkontakten und einem Niederspannung-Mehrkontaktstecker zu schaffen, die ein einfaches Zusammenstecken mit einem Gegenstecker ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Unter einer elektrischen Hochspannung ist im vorliegenden Fall eine elektrische Spannung von mehr als 100 V zu verstehen. Eine zum Aufladen von Elektrofahrzeug-Traktionsbatterien typische Spannung ist beispielsweise 400 V. Unter einer Niederspannung sind vorliegend elektrische Spannungen von unter 100 V zu verstehen, beispielsweise typische Kraftfahrzeug-Bordnetz-Spannungen von 12, 24 oder 48 V. Unter einem Elektrofahrzeug ist vorliegend insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie mit einer Kapazität von mindestens mehreren Kilowattstunden zu verstehen.
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Die erfindungsgemäße Batteriesteckeranordnung weist eine batteriefeste Batteriesteckeranordnungs-Plattform auf, die ein batteriefestes Führungselement als räumliche Referenz und zur Führung einer Steckbewegung in einer Steckrichtung eines batteriefremden Gegensteckers in die Batteriesteckeranordnung aufweist. Die Batteriesteckeranordnungs-Plattform ist also der räumliche Bezugspunkt für den Gegenstecker.
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Die Batteriesteckeranordnung weist ferner mindestens zwei einzelne Hochspannungs-Steckerkontakte auf, über die die Traktionsbatterie kontaktiert wird. Die Hochspannungs-Steckerkontakte sind erheblich größer als die Niederspannungs-Kontakte eines Niederspannungs-Mehrkontaktsteckers, der ebenfalls Teil der Batteriesteckeranordnung ist. Die Niederspannungs-Kontakte dienen beispielsweise der drahtgebundenen Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug und der Traktionsbatterie. Die Niederspannungs-Kontakte sind in einem einzigen Niederspannungs-Mehrkontaktstecker zusammengefasst. Die Hochspannungs-Steckerkontakte und die Niederspannungs-Kontakte können grundsätzlich als Stifte oder als Buchsen ausgebildet sein, also den männlichen oder den weiblichen Steckerteil darstellen.
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Die einzelnen Hochspannungs-Steckerkontakte und der Niederspannungs-Mehrkontaktstecker sind an der Batteriesteckeranordnungs-Plattform angeordnet, sind mit dieser also indirekt jedoch nicht unmittelbar mechanisch verbunden. Mindestens einer der Hochspannungs-Steckerkontakte ist in der Querebene, die senkrecht zur Steckrichtung orientiert ist, innerhalb eines maximalen Toleranzweges beweglich, vorzugsweise elastisch beweglich.
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Vorzugsweise ist der bewegliche Hochspannungs-Steckerkontakt in beiden Raumachsen innerhalb der Querebene beweglich. Besonders bevorzugt ist der bewegliche Steckerkontakt elastisch beweglich, sodass er ohne Einwirkung äußerer Kräfte stets in einer Mittellage steht beziehungsweise in diese zurückkehrt.
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Unter einer Beweglichkeit innerhalb eines maximalen Toleranzbereichs ist vorliegend insbesondere eine Beweglichkeit im niedrigen einstelligen Millimeterbereich zu verstehen. Der maximale Toleranzbereich ist durch mechanische Anschläge begrenzt, durch die die freie Beweglichkeit des beweglichen Hochspannungs-Steckerkontaktes auf ein Maximum von wenigen Millimetern begrenzt ist.
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Unabhängig von dem beweglichen Hochspannungs-Steckerkontakt ist auch der Niederspannungs-Mehrkontaktstecker in der Querebene, die senkrecht zur Steckrichtung steht, innerhalb eines maximalen Toleranzbereichs beweglich, besonders bevorzugt elastisch beweglich. Sowohl der Niederspannungs-Mehrkontaktstecker als auch der bewegliche Hochspannungs-Steckerkontakt sind also jeweils unabhängig voneinander zum Toleranzausgleich innerhalb der Querebene und im Verhältnis zu der Batteriesteckeranordnungs-Plattform bzw. dem batteriefesten Führungselement beweglich.
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Auf diese Weise wird eine Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung geschaffen, deren Hochspannungs-Steckerkontakte und deren Niederspannungs-Mehrkontaktstecker sich an die korrespondierenden Steckerkontakte bzw. den korrespondierenden Mehrkontaktstecker des Gegenstecker anpassen können. Auf diese Weise wird insbesondere das Einstecken des Gegensteckers in die Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung mechanisch vereinfacht und erleichtert.
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Vorzugsweise sind beide bzw. alle Hochspannungs-Steckerkontakte unabhängig voneinander in der Querebene innerhalb eines maximalen Toleranzweges elastisch verschiebbar.
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Erfindungsgemäß wird der bewegliche Hochspannungs-Steckerkontakt von einer Feder-Stromschiene gehalten, die einen blattartigen Federabschnitt aufweist, der in einer zur Steckrichtung parallelen Ebene angeordnet ist. Hierdurch ist der blattartige Federabschnitt in der Querebene elastisch beweglich bzw. verbiegbar, jedoch in Bezug auf Kräfte in der Steckrichtung stabil und steif.
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Vorzugsweise besteht der Federabschnitt der Feder-Stromschiene aus mehreren zueinander parallelen und streifenförmigen Metallblechen, die elektrisch miteinander verbunden sind. Die Metallbleche sind vorzugsweise Kupferbleche. Hierdurch werden auch bei einem großen Gesamtquerschnitt der Stromschiene im Federbereich relativ geringe Federkräfte des Federabschnitts realisiert und ist die Bruchgefahr in diesem Bereich verringert. Die Metallbleche des Federabschnitts können beispielsweise an den Längsenden der Metallblech-Streifen miteinander verbunden sein, können jedoch auch vollflächig miteinander laminiert sein.
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Vorzugsweise ist der Hochspannungs-Steckerkontakt von einem elektrisch leitenden Kontaktkörper gebildet, der unmittelbar an einem blattartigen Stützabschnitt der Federschiene fixiert ist. Der blattartige Stützabschnitt liegt in der Querebene, also senkrecht zu der Steckrichtung, und ist durch ein fahrzeugseitiges Stützelement in Steckrichtung beziehungsweise gegen in Steckrichtung wirkende Steckkräfte abgestützt. Beispielsweise ist der Stützabschnitt gleitend an dem Stützelement gelagert, sodass der Stützabschnitt der Federschiene zwar in der Querebene beweglich ist, jedoch in der Steckrichtung praktisch unbeweglich ist, besonders bevorzugt sowohl in der Einsteckrichtung als auch in der Entnahmerichtung.
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Vorzugsweise weist der Niederspannungs-Mehrkontaktstecker einen batteriefesten Halterahmen auf, der einen in beiden Querrichtungen beweglichen Gleitrahmen trägt, der wiederum seinerseits einen Mehrkontakt-Steckerkörper hält, der die Niederspannungs-Kontakte aufweist. Der Niederspannungs-Mehrkontaktstecker wird also von einer Anordnung mit im Wesentlichen drei Teilen gebildet, nämlich dem batteriefesten Halterahmen, dem am Halterahmen in der Querebene beweglichen Gleitrahmen und dem Mehrkontakt-Steckkörper. Auf diese Weise ist der Mehrkontakt-Steckerkörper, der mit einem korrespondierenden Steckerkörper des Gegensteckers zusammengesteckt wird, im Bereich von maximal wenigen Millimetern in den beiden Raumachsen der Querebene beweglich aufgehängt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Elektrofahrzeug in einem Fahrzeugwandteil eine der Batteriesteckeranordnung zugeordnete Steckeröffnung auf, hinter der die Batteriesteckeranordnungs-Plattform Richtung angeordnet ist. Der Ladesteckeröffnung ist im Bereich ihres Öffnungsrandes ein Öffnungs-Dichtring zugeordnet, vorzugsweise ein Radialwellendichtring. Bei eingestecktem Gegenstecker wird durch den Öffnungs-Dichtring die Batteriesteckeranordnungs-Plattform einschließlich der Hochspannungs-Steckerkontakte und des Niederspannung-Mehrkontaktstecker weitgehend fluiddicht abgeschirmt.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung mit zwei Hochspannungs-Steckerkontakten und einem Niederspannungs-Mehrkontaktstecker,
- 2 eine perspektivische Ansicht der Batteriesteckeranordnung der 1,
- 3 eine Stromschiene mit einem Steckerkontakt der Batteriesteckeranordnung der 1 und 2,
- 4 Einzelteile des Niederspannungs-Mehrkontaktsteckers der Batteriesteckeranordnung der 1 und 2, und
- 5 einen Gleitrahmen und einen Mehrkontakt-Steckerkörper des Niederspannungs-Mehrkontaktsteckers der 4.
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In den Figuren ist eine Elektrofahrzeug-Batteriesteckeranordnung 12 dargestellt, die Teil eines Elektrofahrzeugs 10 mit einer elektrischen Traktionsbatterie 14 und einer elektronischen Steuerung 13 ist. Die Batteriesteckeranordnung 12 wird von einem Fahrzeugwandteil 11 gehalten und ist von der Traktionsbatterie-Außenseite aus zugänglich.
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Die Batteriesteckeranordnung 12 weist eine batteriefeste Batteriesteckeranordnungs-Plattform aus Kunststoff auf, die ein komplexer Plattformkörper 24 ist und die ungefähr mittig und einstückig ein domförmiges Führungselement 29 aufweist, das in distaler Richtung und ungefähr senkrecht von der Grundebene des Plattformkörpers 24 abragt. Das Führungselement 29 wird von einem Kunststoff-Führungselement-Körper 29' gebildet, der hülsenartig ausgebildet ist und in Steckrichtung Y von der Grundebene des Plattformkörpers 24 nach distal abragt.
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Der Kunststoff-Plattformkörper 24 weist zwei Steckeröffnungen 281, 282 auf, durch die aus proximaler Richtung nach distal in Steckrichtung Y jeweils ein Hochspannungs-Steckerkontakt 311, 312 hindurch- und herausragt, der jeweils von einem buchsen- bzw. hülsenförmigen Kontaktkörper 321, 322 aus Kupfer gebildet ist. Der Innendurchmesser der beiden Steckeröffnungen 281, 282 ist jeweils mehrere Millimeter größer als der Außendurchmesser der korrespondierenden Hochspannungs-Steckerkontakte 311, 312. Der Außendurchmesser eines Hochspannungs-Steckerkontakts 311, 312 beträgt mehrere Millimeter.
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Die beiden Hochspannungs-Steckerkontakte 311, 312 bilden einen fahrzeugseitigen Hochspannungs-Anschluss 30 zum Aufladen der Traktionsbatterie 14, mit der sie elektrisch verbunden sind.
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In einem anderen Bereich der Batteriesteckeranordnungs-Plattform 22 weist der Plattformkörper 24 eine weitere Öffnung 40' auf, die im Wesentlichen rechteckig ist und durch die hindurch ein rechteckiger Niederspannungs-Mehrkontaktstecker 40 aus distaler Richtung zugänglich ist, der mehrere Niederspannung-Kontakte 48 aufweist. Der Hochspannungs-Anschluss 30 und der Niederspannungs-Mehrkontaktstecker 40 zusammen stellen den elektrischen Anschluss 20 der betreffenden Traktionsbatterie 14 dar.
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In den 3-5 sind die Unterkonstruktionen der beiden Hochspannungs-Steckerkontakte 311, 312 und des Niederspannung-Mehrkontaktsteckers 40 im Detail dargestellt.
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Jeder der beiden Hochspannungs-Steckerkontakt-Kontaktkörper 321, 322 ist jeweils von einer Feder-Stromschiene 50 gehalten, die mit dem betreffenden Kontaktkörper 321, 322 elektrisch leitend verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Die Stromschiene 50 weist mehrere Abschnitte auf, insbesondere einen Stützabschnitt 54 und einen Federabschnitt 52. Der blattförmige Stützabschnitt 54 liegt ungefähr in einer Querebene senkrecht zur Steckrichtung Y und ist elektrisch leitend mit dem blattförmigen Federabschnitt 52 verbunden, dessen Grundebene senkrecht zur Grundebene des Stützabschnitts 54 liegt, also ungefähr parallel zu der Steckrichtung Y angeordnet und orientiert ist. Die Feder-Stromschiene 50 ist jeweils aus mehreren zueinander parallelen Metallblechen zusammengesetzt, die aus Kupferblechen bestehen und miteinander zu dem elektrisch leitenden blattartigen Federabschnitt 52 laminiert sind. Ungefähr in der Mitte der Längserstreckung des Federabschnitts 52 ist eine Bucht 53 vorgesehen, durch die die absolute Elastizität des Federabschnitts 52 erhöht ist. Der blattartige Stützabschnitt 54 wird durch ein batteriefestes Stützelement 58 in Steckrichtung Y abgestützt, und zwar in beiden Richtungen, sodass die Hochspannungs-Steckerkontakte 311, 312 in Steckrichtung praktisch unbeweglich sind, jedoch in der Querebene beweglich sind. Die Beweglichkeit der Steckerkontakte 311, 312 in beiden Raumachsen der Querebene liegt im einstelligen Millimeterbereich.
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In den 4 und 5 ist der Niederspannungs-Mehrkontaktstecker 40 dargestellt. Der Mehrkontaktstecker 40 weist einen batteriefesten Halterahmen 42 auf, der auf der Batteriesteckeranordnungs-Plattform 22 fixiert ist. Der Halterahmen 42 trägt einen in beiden Querrichtungen beweglichen Gleitrahmen 44 aus Metall, der wiederum einen Mehrkontakt-Steckerkörper 46 hält, der alle Niederspannungs-Kontakte 48 aufweist. Der Mehrkontakt-Steckerkörper 46 besteht aus Kunststoff, in den die metallischen Kontakte 48 eingelassen sind. Der Mehrkontakt-Steckerkörper 46 ist durch den Gleitrahmen 44 in beiden Querrichtungen widerstandsarm und verspannungsfrei bewegbar.
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Das Fahrzeugwandteil 11 weist eine der Batteriesteckeranordnung 12 räumlich zugeordnete Steckeröffnung 26 auf. Im Bereich des Öffnungsrandes der Steckeröffnung 26 ist ein Öffnungs-Dichtring 26' vorgesehen, der vorliegend als Radialwellen-Dichtring ausgebildet ist. Bei eingestecktem Gegenstecker dichtet der Öffnungs-Dichtring 26` den Ringspalt zwischen dem Öffnungsrand der Steckeröffnung 26 und dem Gehäuse des Gegensteckers fluiddicht ab.
