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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für ein Batteriemodul nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch, um das Batteriemodul innerhalb eines Batteriesystems mechanisch zu befestigen, bspw. an einem Batteriegehäuse des Batteriesystems, und elektrisch zu verschalten, bspw. mit einem weiteren Batteriemodul des Batteriesystems. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Batteriemodul nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch sowie ein modular aufgebautes Batteriesystem mit mindestens einem entsprechenden Batteriemodul. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Batteriemoduls in einem Batteriesystem nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch.
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Es sind Verbindungsvorrichtungen für Batteriemodule in einem Batteriesystem mit Schraubkontakten und Steckkontakten bekannt, um die Batteriemodule innerhalb des Batteriesystems elektrisch zu verschalten. Verbindungsvorrichtungen mit Schraubkontakten bieten keinen Berührschutz beim Verbinden der Batteriemodule im Batteriesystem. Aus diesem Grund darf der Ein- und Ausbau von Batteriemodulen ab einer Modulspannung von 60 V nur durch geschultes Personal durchgeführt werden. Schrauben müssen außerdem mit einer bestimmten Vorspannkraft angezogen werden. Die Vorspannkraft kann jedoch über die Zeit nachlassen. Diese kann wiederum zu größeren Kontaktwiderständen in den Verbindungsvorrichtungen führen. Verbindungsvorrichtungen mit Steckkontakten besitzen einen größeren Kontaktwiderstand als die Verbindungsvorrichtungen mit Schraubkontakten. Dadurch entstehen zusätzliche Stromwärmeverluste in den Steckkontakten. Dies kann ggf. zur zusätzlichen Erwärmung innerhalb der Batteriemodule sowie zur schnelleren Alterung der Batteriemodule führen. Wenn solche Batteriemodule in einem Elektrofahrzeug eingesetzt werden, kann dadurch die Reichweite des Elektrofahrzeuges mit der Lebenszeit der Batteriemodule reduziert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Verbindungsvorrichtung für ein Batteriemodul bereitzustellen, um das Batteriemodul innerhalb eines Batteriesystems mechanisch zu befestigen, bspw. an einem Batteriegehäuse des Batteriesystems, und elektrisch zu verschalten, bspw. mit einem weiteren Batteriemodul des Batteriesystems. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Verbindungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine stabile mechanische Befestigung und eine zuverlässige elektrische Kontaktierung eines Batteriemoduls innerhalb eines Batteriesystems ermöglicht.
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Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Batteriemodul sowie ein verbessertes modular aufgebautes Batteriesystem bereitzustellen. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Verbinden (d. h. zum Befestigen und zum elektrischen Verschalten bzw. Kontaktieren) eines Batteriemoduls in einem Batteriesystem zur Verfügung zu stellen, um das Batteriemodul innerhalb des Batteriesystems stabil mechanisch zu befestigen und zuverlässig elektrisch zu verschalten.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine verbesserte Verbindungsvorrichtung für ein Batteriemodul nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch gelöst, insbesondere mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein entsprechendes Batteriemodul nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch sowie ein modular aufgebautes Batteriesystem mit mindestens einem entsprechenden Batteriemodul gelöst. Zudem wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein verbessertes Verfahren zum Verbinden eines Batteriemoduls in einem Batteriesystem nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst, insbesondere mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Verfahrensanspruches. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt. Merkmale, die zu den einzelnen Erfindungsaspekten offenbart werden, können in der Weise miteinander kombiniert werden, dass bzgl. der Offenbarung zu den Erfindungsaspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die Erfindung stellt gemäß einem Aspekt zur Lösung der Aufgabe eine Verbindungsvorrichtung für ein Batteriemodul bereit, aufweisend: eine Befestigungseinheit zur mechanischen Befestigung des Batteriemoduls innerhalb eines Batteriesystems, bspw. an einem Batteriegehäuse des Batteriesystems, und eine Kontaktierungseinheit zur elektrischen Verschaltung bzw. Kontaktierung des Batteriemoduls, bspw. mit einem weiteren Batteriemodul des Batteriesystems, wobei insbesondere die Kontaktierungseinheit separat bzw. räumlich beabstandet von der Befestigungseinheit am Batteriemodul anordenbar ist. Hierzu ist erfindungsgemäß eine Kraftumlenkvorrichtung vorgesehen, um eine mechanische Wirkverbindung zwischen der Befestigungseinheit und der Kontaktierungseinheit herzustellen. Die mechanische Wirkverbindung zwischen der Befestigungseinheit und der Kontaktierungseinheit dient insbesondere dazu, eine Befestigungskraft von der Befestigungseinheit an die Kontaktierungseinheit bereitzustellen, um den elektrischen Widerstand an der Kontaktierungseinheit zu reduzieren.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul kann mehrere Batteriezellen aufweisen. Das erfindungsgemäße Batteriemodul kann vorteilhafterweise für Hochvoltanwendungen, vorzugsweise in Elektrofahrzeugen, verwendet werden.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass eine hybride Schraub-Steck-Verbindungsvorrichtung bereitgestellt wird, die die Vorteile von Schraubkontakten (innerhalb der mechanischen Befestigungseinheit), wie eine hohe Vorspannkraft, mit den Vorteilen von Steckkontakten (innerhalb der elektrischen Kontaktierungseinheit), wie ungefährliche und einfache Handhabung, auf eine synergetische Weise vereint und sogar verstärkt. Gemäß der Erfindung kann die Kontaktierungseinheit vorteilhafterweise separat, d. h. räumlich beabstandet zu der Befestigungseinheit am Batteriemodul angeordnet werden. Mithilfe der Befestigungseinheit wird das Batteriemodul an einem Batteriegehäuse des Batteriesystems mechanisch befestigt. Hierzu kann die Befestigungseinheit einen Schraubkontakt aufweisen. Mithilfe der Kontaktierungseinheit wird ein elektrischer Anschluss am Batteriemodul bereitgestellt, um das Batteriemodul innerhalb des Batteriesystems elektrisch zu verschalten, insbesondere um das Batteriemodul an ein weiteres Batteriemodul des Batteriesystems elektrisch anzuschließen. Hierzu kann die Kontaktierungseinheit einen Steckkontakt aufweisen. Gemäß der Erfindung kann die Befestigungseinheit dazu ausgebildet sein, eine Befestigungskraft bereitzustellen, die durch die Kraftumlenkvorrichtung an die Kontaktierungseinheit weitergeleitet wird, um dort den elektrischen Kontakt zu verbessern, insbesondere mechanisch zu stabilisieren, und somit den Kontaktwiderstand innerhalb der Kontaktierungseinheit erheblich zu reduzieren.
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Ferner kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Befestigungseinheit ein Befestigungselement, insbesondere in Form einer Schraube, vorzugsweise in Form einer Passschraube, zur form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung an einem Befestigungsgegenelement des Batteriemoduls aufweist. Somit kann das Batteriemodul einfach und bequem, bspw. durch Schrauben, am Batteriegehäuse des Batteriesystems befestigt werden. Hierzu kann das Befestigungselement in Form einer Schraube durch das Befestigungsgegenelement, bspw. in Form einer Gewindebohrung am Modulgehäuse des Batteriemoduls, durchgeführt werden und mit dem Batteriegehäuse des Batteriesystems befestigt werden. Vorteilhafterweise ist dabei, dass das Befestigungselement nur zur mechanischen Befestigung dient und nicht zugleich zur elektrischen Kontaktierung, sodass ein Monteur ungefährlich am Befestigungselement greifen kann, um das Befestigungselement mit dem Batteriegehäuse zu verbinden. Ein Befestigungselement in Form einer Passschraube kann vorteilhaft sein, um neben einer Vorspannkraft am Befestigungsgegenelement eine Befestigungskraft an einem Kraftaufnahmeelement der Befestigungseinheit aufzubauen.
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Weiterhin kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Befestigungseinheit ein bewegliches, d. h. bewegbar bezüglich des Batteriemoduls lagerbares, Kraftaufnahmeelement, insbesondere in Form einer vorzugsweise elastischen bzw. dehnbaren Scheibe, aufweist, die bevorzugt durch die Aufnahme des Befestigungselementes auseinanderdrückbar bzw. aufspannbar ist, um eine Befestigungskraft aufzubauen. Somit kann auf eine elegante Art und Weise eine Befestigungskraft beim Befestigen des Befestigungselementes erzeugt werden, die auf eine vorteilhafte Weise genutzt werden kann. Diese Befestigungskraft kann vorzugsweise über die Kraftumlenkvorrichtung an die Kontaktierungseinheit umgeleitet werden, um dort eine Kraft zu erhöhen, mit welcher die elektrisch zu verbindenden Elemente aneinander zur Auflage kommen. Somit kann der Kontaktwiderstand innerhalb der Kontaktierungseinheit erheblich reduziert werden.
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Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass das bewegliche Kraftaufnahmeelement zwei erste Federelemente und/oder zwei zweite Federelemente aufweist, durch welche das bewegliche Kraftaufnahmeelement am Batteriemodul, vorzugsweise beidseitig, abstützbar ist. Durch jeweils zwei Federelemente kann das bewegliche Kraftaufnahmeelement beidseitig an der Kraftumlenkvorrichtung angebunden und/oder beidseitig gegen das Batteriemodul abgestützt werden, um eine Befestigungskraft aufbauen zu können.
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Zudem kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Kontaktierungseinheit einen Steckverbinder aufweist. Ein Steckverbinder hat erhebliche Vorteile hinsichtlich der sicheren und einfachen Verschaltung. Auf diese Weisen kann das Batteriemodul einfach und bequem, bspw. mit weiteren Batteriemodulen, innerhalb des Batteriesystems verschaltet werden. Außerdem kann dadurch eine reversible Verschaltung des Batteriesystems innerhalb des Batteriesystems ermöglicht werden, sodass das Batteriemodul leicht und bequem ausgetauscht werden kann. Dazu kommt noch, dass dadurch ein flexibel zusammensetztbares Batteriesystem mit einer variablen Anzahl an Batteriemodulen zusammengestellt werden kann.
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Außerdem kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Kontaktierungseinheit, insbesondere der Steckverbinder, einen Steckstift und/oder eine Steckhülse aufweist, um insbesondere einen elektrischen Kontakt zwischen dem Batteriemodul und einem weiteren Batteriemodul des Batteriesystems herzustellen. Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass ein Element des Steckverbinders, der Steckstift oder die Steckhülse, elektrisch an ein Modulterminal des Batteriemoduls anschließbar ist, und dass das andere komplementäre Element des Steckverbinders elektrisch an ein Kabel anschließbar ist, welches zum weiteren Batteriemodul des Batteriesystems geführt werden kann. Somit kann das Batteriemodul einfach, bequem und sicher innerhalb des Batteriesystems verschaltet werden.
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Ferner kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Kontaktierungseinheit, insbesondere der Steckverbinder, mindestens ein federelastisches Spannelement, bspw. als Teil der Hülse, insbesondere in Form einer federelastischen Klammer, vorzugsweise mit einer durchgehenden oder mehreren Lamellen, aufweist, um den Steckstift in der Steckhülse, vorzugsweise spielfrei, einzuspannen. Durch das federelastische Spannelement kann eine elastische Kraft bereitgestellt werden, mit welcher die elektrisch zu verbindenden Elemente innerhalb der Kontaktierungseinheit aneinander zur Auflage kommen. Durch eine Klammer kann der Steckstift in der Steckhülse beidseitig eingespannt werden. Durch eine Klammer mit mehreren Lamellen kann ein gleichmäßiges Anliegen der Klammer am Steckstift ermöglicht werden.
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Weiterhin kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Kraftumlenkvorrichtung mindestens ein Kraftumleitungselement, insbesondere in Form einer Zange, aufweist. Durch ein Kraftumleitungselement, insbesondere in Form einer Zange, ist sogar eine Verstärkung der Befestigungskraft durch ein Hebelprinzip realisierbar.
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Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Kraftumlenkvorrichtung, insbesondere das Kraftumleitungselement, zwei, vorzugsweise zweiseitige, Hebel und ein Gelenk aufweist. Somit kann ein Hebelprinzip innerhalb der Kraftumlenkvorrichtung umgesetzt werden, um die Befestigungskraft bei der Übertragung von der Befestigungseinheit an die Kontaktierungseinheit zu erhöhen.
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Zudem kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Kraftumlenkvorrichtung, insbesondere das Kraftumleitungselement, ein Gelenk aufweist, an welchem die Kraftumlenkvorrichtung am Batteriemodul befestigbar ist. Durch das Gelenk kann die Kraftumlenkvorrichtung am Batteriemodul abgestützt werden, um die Befestigungskraft stabil von der Befestigungseinheit an die Kontaktierungseinheit zu übertragen.
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Außerdem kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Kraftumlenkvorrichtung, insbesondere das Kraftumleitungselement, zwei Griffe aufweist, an welchen die Kraftumlenkvorrichtung mit der Befestigungseinheit wirkverbunden ist, um eine Befestigungskraft von einem beweglichen Kraftaufnahmeelement der Befestigungseinheit aufzunehmen. Durch die zwei Griffe kann eine, vorzugsweise zweiseitige, Anbindung an das bewegliche Kraftaufnahmeelement geschaffen werden, um die Befestigungseinheit abzugreifen.
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Ferner kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass jeder Griff von den zwei Griffen jeweils zwischen einem ersten Federelement und einem zweiten Federelement eines beweglichen Kraftaufnahmeelementes der Befestigungseinheit eingreift, um eine Befestigungskraft von einem beweglichen Kraftaufnahmeelement der Befestigungseinheit abzugreifen. Durch eine Anbindung zwischen zwei Federelementen kann eine stabile Betätigung der zwei Griffe ermöglicht werden.
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Weiterhin kann die Erfindung bei einer Verbindungsvorrichtung vorsehen, dass die Kraftumlenkvorrichtung, insbesondere das Kraftumleitungselement, zwei Greifbacken aufweist, an welchen die Kraftumlenkvorrichtung mit der Kontaktierungseinheit wirkverbunden ist, um eine Befestigungseinheit in die Seitenflächen der Kontaktierungseinheit, insbesondere des Steckverbinders, einzuleiten. Durch die zwei Greifbacken kann die Kontaktierungseinheit an den Seitenflächen zusammengedrückt werden, um die Vorspannkraft innerhalb der Kontaktierungseinheit zu erhöhen, insbesondere um die Kraft zu erhöhen, mit welcher die elektrische Kontaktierung der zu verbindenden elektrischen Komponenten innerhalb der Kontaktierungseinheit erfolgt. Somit kann ermöglicht werden, einen Steckverbinder innerhalb der Kontaktierungseinheit zu verwenden, welcher einfach und sicher gehandhabt werden kann, und welcher durch die zusätzliche Befestigungskraft eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der zu verbindenden elektrischen Komponenten ermöglicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Batteriemodul für ein modular aufgebautes Batteriesystem gelöst, welcher mit einer Verbindungsvorrichtung ausgeführt ist, die wie oben beschrieben ausgebildet sein kann, einem Befestigungsgegenelement zur form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung mit der Befestigungseinheit der Verbindungsvorrichtung, um das Batteriemodul an einem Batteriegehäuse eines Batteriesystems mechanisch zu befestigen, und einem Terminal zur elektrischen Kontaktierung mit der Kontaktierungseinheit der Verbindungsvorrichtung, und um das Batteriemodul elektrisch an ein weiteres Batteriemodul des Batteriesystems anzuschließen. Mithilfe des erfindungsgemäßen Batteriemoduls werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein modular aufgebautes Batteriesystem mit mindestens einem Batteriemodul gelöst, welches wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Batteriesystems werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird auch vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbinden eines Batteriemoduls in einem Batteriesystem gelöst, mithilfe einer (bzw. durch eine) Verbindungsvorrichtung, die wie oben beschrieben ausgebildet sein kann, aufweisend: eine Befestigungseinheit zur mechanischen Befestigung des Batteriemoduls innerhalb eines Batteriesystems, bspw. an einem Batteriegehäuse des Batteriesystems, und eine Kontaktierungseinheit zur elektrischen Verschaltung des Batteriemoduls innerhalb des Batteriesystems, bspw. mit einem weiteren Batteriemodul des Batteriesystems, wobei insbesondere die Kontaktierungseinheit separat von der Befestigungseinheit am Batteriemodul angeordnet wird. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine mechanische Kraftumlenkung zwischen der Befestigungseinheit und der Kontaktierungseinheit mithilfe einer (bzw. durch eine) Kraftumlenkvorrichtung durchgeführt wird, um insbesondere eine Befestigungskraft von der Befestigungseinheit an die Kontaktierungseinheit bereitzustellen und den elektrischen Widerstand an der Kontaktierungseinheit zu reduzieren. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird auch vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Im Rahmen der Erfindung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Verfahren mithilfe einer Verbindungsvorrichtung durchgeführt wird.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
- 1 eine Funktion eines elektrischen Widerstandes innerhalb bekannter Verbindungsvorrichtungen in Abhängigkeit von einer Kraft, mit welcher die elektrisch zu verbindenden Komponenten aneinander zur Auflage kommen,
- 2 eine schematische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung im Sinne der Erfindung in einer Draufsicht auf ein Batteriemodul,
- 3 eine schematische Darstellung eines Befestigungselementes im Sinne der Erfindung,
- 4 eine schematische Darstellung einer Kontaktierungseinheit im Sinne der Erfindung, und
- 5 eine schematische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung im Sinne der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht auf ein Batteriemodul.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Merkmale der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
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Die 1 zeigt die Problematik bekannter Verbindungsvorrichtungen für Batteriemodule in einem Batteriesystem mit Schraubkontakten 100* und Steckkontakten 100**, um die Batteriemodule innerhalb des Batteriesystems mechanisch zu befestigen und elektrisch zu verschalten. Verbindungsvorrichtungen mit Schraubkontakten 100* haben zwar eine relativ hohe Vorspannkraft F* und somit einen relativ geringen elektrischen Widerstand R*, sie bieten jedoch keinen Berührschutz beim Handhaben der Schraubkontakte 100*. Verbindungsvorrichtungen mit Steckkontakten 100** können relativ sicher gehandhabt werden, sie besitzen jedoch einen deutlich größeren elektrischen Widerstand R* als die Verbindungsvorrichtungen mit Schraubkontakten 100*.
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Die 2 bis 5 zeigen eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung 100 für ein Batteriemodul 1, die die oben genannten Nachteile zumindest zum Teil überwindet und die die Vorteile von Schraubkontakten 100* und Steckkontakten 100** auf eine vorteilhafterweise verbindet. Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung 100 weist folgende Einheiten auf: eine Befestigungseinheit 10 zur mechanischen Befestigung des Batteriemoduls 1 innerhalb eines Batteriesystems S, bspw. an einem aus Einfachheitsgründen nicht dargestellten Batteriegehäuse des Batteriesystems S, und eine Kontaktierungseinheit 20 zur elektrischen Verschaltung bzw. Kontaktierung des Batteriemoduls 1, bspw. mit einem weiteren Batteriemodul des Batteriesystems S. Im Rahmen der Erfindung wird eine separate Kontaktierungseinheit 20 verwendet, die räumlich beabstandet von der Befestigungseinheit 10 am Batteriemodul 1 anordenbar ist (s. die 2 und 5).
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Die Erfindung sieht bei der Verbindungsvorrichtung 100 eine Kraftumlenkvorrichtung 30 vor, um eine mechanische Wirkverbindung zwischen der Befestigungseinheit 10 und der Kontaktierungseinheit 20 herzustellen, wie es in der 2 mithilfe von Pfeilen F gezeigt ist. Die Kraftumlenkvorrichtung 30 greift eine Befestigungskraft F an der Befestigungseinheit 10 ab und leitet diese Befestigungskraft F, ggf. verstärkt, an die Kontaktierungseinheit 20, um dort die Kraft, mit welcher die elektrisch zu verbindenden Komponenten 21, 23 aneinander zur Auflage kommen, um die Befestigungskraft F zu erhöhen, und somit den elektrischen Widerstand an der Kontaktierungseinheit 20 zu reduzieren.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul 1 kann mehrere Batteriezellen aufweisen und bei Hochvoltanwendungen, bspw. in Elektrofahrzeugen, verwendet werden. Das erfindungsgemäße Batteriemodul 1 kann im Rahmen eines modular aufgebauten Batteriesystems S verbaut werden, welches weitere Batteriemodule wie das erfindungsgemäße Batteriemodul 1 aufweisen kann.
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Mithilfe der Befestigungseinheit 10 wird das Batteriemodul 1 an einem Batteriegehäuse des Batteriesystems S mechanisch befestigt. Hierzu kann die Befestigungseinheit 10 einen Schraubkontakt aufweisen. Mithilfe der Kontaktierungseinheit 20 wird ein elektrischer Anschluss am Batteriemodul 1 bereitgestellt, um das Batteriemodul 1 innerhalb des Batteriesystems S elektrisch zu verschalten, insbesondere um das Batteriemodul 1 an ein weiteres Batteriemodul des Batteriesystems S elektrisch anzuschließen. Hierzu kann die Kontaktierungseinheit 20 einen Steckkontakt aufweisen, wie es die 4 schematisch zeigt.
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Wie es die 2 und 3 zeigen, weist die Befestigungseinheit 10 ein Befestigungselement 11, vorzugsweise in Form einer Passschraube, zur form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung an einem Befestigungsgegenelement 101, bspw. in Form einer Gewindebohrung, des Batteriemoduls 1 auf (vgl. die 2 und 5). Mithilfe der Passschraube, die durch das Befestigungsgegenelement 101 durchgeführt wird, wird das Batteriemodul 1 mit einem nicht näher dargestellten Gehäuse des Batteriesystems S verschraubt.
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Wie es zudem die 2 zeigt, weist die Befestigungseinheit 10 ein bewegliches, d. h. bewegbar bezüglich des Batteriemoduls 1 lagerbares, Kraftaufnahmeelement 12, insbesondere in Form einer vorzugsweise elastischen bzw. dehnbaren Scheibe auf, die bevorzugt durch die Aufnahme des Befestigungselementes 11 auseinandergedrückt und aufgespannt wird, um die Befestigungskraft F aufzubauen. Die Befestigungskraft F kann vorzugsweise über die Kraftumlenkvorrichtung 30 an die Kontaktierungseinheit 20 weitergeleitet werden.
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Wie es außerdem die 2 zeigt, weist das bewegliche Kraftaufnahmeelement 12 zwei erste Federelemente F1 und zwei zweite Federelemente F2 auf, durch welche das bewegliche Kraftaufnahmeelement 12 mit der Kraftumlenkvorrichtung 30 verbunden und am Batteriemodul 1, vorzugsweise beidseitig, abstützbar ist.
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Das bewegliche Kraftaufnahmeelement 12 wird um das Befestigungsgegenelement 101, bspw. um die Gewindebohrung, angeordnet. Über die zwei ersten Federelemente F1 wird das bewegliche Kraftaufnahmeelement 12 an zwei Griffen 33 der Kraftumlenkvorrichtung 30 angebunden. Die zwei Griffe 33 der Kraftumlenkvorrichtung 30 werden über zwei zweite Federelemente F2 am Batteriemodul 1, bspw. am Modulgehäuse, abgestützt. Hierzu können Stützen 102 am Batteriemodul 1, bspw. am Modulgehäuse, vorgesehen sein.
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Wie es die 3 zeigt, wird als Befestigungselement 11 vorzugsweise eine Passschraube verwendet. Durch Einsetzen der Passschraube innerhalb des beweglichen Kraftaufnahmeelementes 12 und innerhalb der Gewindebohrung entsteht am beweglichen Kraftaufnahmeelement 12 eine Befestigungskraft F, die das bewegliche Kraftaufnahmeelement 12 auseinanderdrückt und aufspannt. Dadurch werden gleichzeitig die damit verbundenen Griffe 33 der Kraftumlenkvorrichtung 30 nach außen gedrückt.
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Die anderen Enden der Griffe 33 sind mit der Kontaktierungseinheit 20, bspw. über zwei Greifbacken 35, verbunden. Die zwei Greifbacken 35 drücken an den Seitenflächen 24 der Kontaktierungseinheit 20 und leiten dort die Befestigungskraft F in die Kontaktierungseinheit 20 ein. Hierzu können an den zwei Greifbacken 35 der Kraftumlenkvorrichtung 30 zwei Druckplatten 36 vorgesehen sein, um eine gleichmäßige Krafteinleitung in die Kontaktierungseinheit 20 zu ermöglichen. Durch die Krafteinleitung werden die Seitenflächen 24 der Kontaktierungseinheit 20 zusammengedrückt, sodass sich die Kontaktkraft zwischen einer Steckhülse 22, insbesondere zwischen einem federelastischen Spannelement 23 innerhalb der Steckhülse 22, und einem Steckstift 21 erhöht.
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Mit anderen Worten kann die Kontaktierungseinheit 20 einen Steckverbinder aufweisen, wie dies die 4 zeigt. Dies hat den Vorteil, dass die Steckverbinder für geringe Kontaktkräfte ausgelegt werden können, wodurch der Preis der Verbindungsvorrichtung 100 deutlich reduziert wird. Der Kontaktwiderstand innerhalb des Steckverbinders wird zugleich durch die Kraftumlenkvorrichtung 30 erheblich reduziert.
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Wie oben bereits erwähnt, kann die Kontaktierungseinheit 20, insbesondere der Steckverbinder, einen Steckstift 21 und/oder eine Steckhülse 22 aufweisen, um insbesondere einen elektrischen Kontakt zwischen dem Batteriemodul 1 und einem weiteren Batteriemodul des Batteriesystems S herzustellen. Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass ein Element des Steckverbinders, der Steckstift 21 oder die Steckhülse 22, elektrisch an ein Modulterminal T1, T2 des Batteriemoduls 1 angeschlossen werden kann, wobei das andere komplementäre Element des Steckverbinders elektrisch an ein Kabel K angeschlossen werden kann, welches zum weiteren Batteriemodul des Batteriesystems S geführt werden kann.
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Wie es die 4 zudem zeigt, kann die Kontaktierungseinheit 20, insbesondere der Steckverbinder, mindestens ein federelastisches Spannelement 23, bspw. innerhalb der Hülse 22, insbesondere in Form einer federelastischen Klammer, vorzugsweise mit einer oder mehreren Lamellen, aufweisen, um den Steckstift 21 in der Steckhülse 22, vorzugsweise spielfrei, einzuspannen.
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Die 2 zeigt weiterhin, dass die Kraftumlenkvorrichtung 30 mindestens ein Kraftumleitungselement 31, insbesondere in Form einer Zange, aufweisen kann. Ferner kann das Kraftumleitungselement 31, insbesondere die Zange, zwei, vorzugsweise zweiseitige, Hebel 32 und ein Gelenk 34 aufweisen. Die Hebel 32 können dazu dienen, die Befestigungskraft F zu erhöhen. Das Gelenk 34 kann dazu dienen, die Kraftumlenkvorrichtung 30 am Batteriemodul 1 abzustützen.
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Ein entsprechend aufgebautes Batteriemodul 1, ein modular aufgebautes Batteriesystem S mit mindestens einem solchen Batteriemodul 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zum Verbinden eines solchen Batteriemoduls 1 in einem Batteriesystem S stellen weitere erfindungsgemäße Aspekte dar.
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Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriemodul
- 10
- Befestigungseinheit
- 11
- Befestigungselement
- 12
- Kraftaufnahmeelement
- 20
- Kontaktierungseinheit
- 21
- Steckstift
- 22
- Steckhülse
- 23
- Spannelement
- 24
- Seitenflächen
- 30
- Kraftumlenkvorrichtung
- 31
- Kraftumleitungselement
- 32
- Hebel
- 33
- Griff
- 34
- Gelenk
- 35
- Greifbacke
- 36
- Druckplatten
- 100
- Verbindungsvorrichtung
- 101
- Befestigungsgegenelement
- 102
- Stützen
- F
- Befestigungskraft
- F2
- zweites Federelement
- F1
- erstes Federelement
- S
- Batteriesystem
- T1
- Modulterminal
- T2
- Modulterminal
- 100*
- Schraubkontakt
- 100**
- Steckkontakt
- F*
- Vorspannkraft
- R*
- elektrischer Widerstand
