用于流体密封式电气接触的电气连接元件和方法与流程

1.本发明涉及一种用于电气元件、特别是车辆电池的流体密封式电气接触的电气连接元件。此外，本发明还涉及一种用于电气元件、特别是车辆电池的流体密封式电气接触的方法。


背景技术：

2.电池模块包括嵌在壳体中并相互连接的电池单元。壳体可以是电池壳体，即壳体可以是车辆电池的壳体。为了避免电池单元过热，必须对其进行冷却，这可以通过使用油作为冷却剂的浸入式冷却来实现。开关盒作为电池模块和电气网络之间的接口，开关盒包括电池控制系统等。接触销可以用来将电池模块的电池单元与开关盒进行电气连接。在电气连接过程中，油可能从电池模块内部的电池单元区域泄漏，并溢出到开关盒或电池模块的其它电子元件中。为了在电池模块中的电池单元和相关的开关盒之间建立安全的电气连接，必须通过电池模块的壁来确保电气连接的密封性。
3.例如，de 10 2018 118 682 a1描述了一种在电池壳体的模块容纳区布置的电池模块和在电池模块上布置的冷却板，冷却剂可以流过该冷却板。用于与机动车的冷却液连接头至少间接连接的连接件被安装在冷却板上，其中冷却液密封件被布置在电池壳体的模块容纳区外的连接件上。电池模块被布置在独立的模块容纳区，并且模块容纳区通过壳体密封被密封，由此，电池模块也可以被可靠地保护起来，在发生泄漏时冷却剂不会进入。


技术实现要素：

4.因此，本发明所要解决的技术问题是使用结构上尽可能简单的手段来实现电气元件的流体密封电气接触。
5.该技术问题由独立权利要求的主题解决。本发明的有利的进一步实施方案在从属权利要求、说明书和附图中给出。
6.本发明的一个方面涉及一种用于流体密封电气接触的电气连接元件，其中该电气连接元件包括由塑料制成的容纳部，该容纳部具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，以及可从该容纳部的第一侧和从该容纳部的第二侧电气接触的接触元件，其中该容纳部被注塑到接触元件上。此外，电气连接元件包括密封件，它被布置在接触元件和容纳部之间并且被设计为用于密封在接触元件和容纳部之间的接触区域。
7.例如，塑料容纳部可以是塑料载体，其通过注射成型方法被注塑到接触元件上。接触元件被理解为与电气元件，特别是车辆电池进行电气接触的元件，例如，电气接触销或接触插座。车辆电池特别地可以是高压电池，例如电压高达400伏的电池。优选的是，接触元件可以由镀银的铜制成。接触元件可以具有圆形的横截面。例如，接触元件可以通过螺钉连接从第一侧接触，而接触元件可以通过插头连接从第二侧接触。螺钉连接可以包括与接触销同轴布置的螺纹。电气连接元件可用作电池通道(batteriedurchtritt)。例如，它可以用于高压电池和高压电池的开关盒之间的电气元件的流体密封式接触。在这种情况下，电气连
接元件可以布置在车辆电池壳体的内侧，特别是在电池壳体面向电池单元的那一侧。
8.这意味着电气连接元件能够实现从车辆电池壳体内部到外部的电气接触，这种接触是流体密封的，因此位于壳体内的流体，特别是冷却液，不能通过电气接触从壳体内部流出。
9.容纳部可以包括至少一个紧固元件，其用于将容纳部紧固到车辆电池的壳体上。例如，容纳部可以包括作为紧固元件的套筒，由此，通过紧固螺栓或紧固螺钉，容纳部可以被紧固到车辆电池的壳体上。该套筒可以包括用于容纳部的凸起。凸起可以限制在拧上容纳部时施加在套筒上的力，从而减轻容纳部上的机械负荷。该套筒可以以底切(hinterschneidung)布置在容纳部上。底切能够在容纳部在紧固元件的区域内断裂时防止套筒脱落或松动。
10.容纳部可以包括多个紧固元件，其特别地可以与接触元件对称地布置。由于对称的布置，在紧固过程中的作用力可以被分配，以促进电气连接元件对车辆电池壳体的均匀压紧。
11.在接触元件周围可以布置有另一个密封件，它被设计为用来将电气连接元件与电池壳体密封。
12.在接触元件和紧固元件之间可以选择较小的距离，以便在用紧固元件紧固容纳部时，在容纳部上布置有接触元件的区域不会被抬起。紧固元件可包括金属材料。
13.这意味着，接触元件和另一个密封件之间以及另一个密封件和紧固元件之间的距离之比选择为，使得在另一个密封件的区域可以产生尽可能高的接触压力，同时对接触元件的杠杆力尽可能低。
14.为了使容纳部在壳体上准确定位，紧固元件可以进一步包括紧固垫圈。紧固垫圈具有中心布置的孔，紧固螺栓或紧固螺钉可以通过该孔插入。在此，套筒的内径可以大于紧固垫圈的孔的内径。这使得紧固螺栓或紧固螺钉能够以不同的方式布置在由套筒内径确定的容纳部紧固区域内。
15.电气连接元件可以被设计为，使得它有助于扭转刚性，所述扭转刚性抵消当电气连接元件被固定在车辆电池的壳体上时产生的力。
16.根据一个有利的实施方案，密封件包括浇注在接触元件和容纳部之间的浇注剂。
17.浇注剂确保接触区域的持久密封。容纳部包括凸起，以使浇注剂在浇注过程中不从容纳部溢出。
18.此外，密封件包括密封环。也就是说，密封件可以是密封环。在另一个实施方案中，密封件可以另外或替代性地包括浇注剂或类似物。
19.例如，密封环可以通过底切而形状配合地连接到接触元件上。为此，接触元件可以具有底切。浇注剂和密封环的组合也可用作密封件。密封件的变型可能性提供了油密和气密的电气连接元件。
20.此外，用于保持密封环的保持元件可以插在接触元件上。这意味着保持元件可以保持密封件。保持元件将密封环保持在固定的位置上，从而可以防止密封环的滑动。通过接触元件上的底切，保持元件可以借助安装在保持元件上的卡锁凸耳固定在接触件上，其中保持元件的卡锁凸耳卡锁入接触件的底切中。
21.根据另一个实施方案，容纳部包括插入辅助装置，该插入辅助装置被设计为便于
密封环的布置。
22.例如，容纳部可以在第一侧或第二侧的边缘处具有坡面作为插入辅助装置。插入辅助装置使密封环的布置更容易。
23.在另一个实施方案中，接触元件在接触区域具有至少一个底切，特别是迷宫式底切。底切的迷宫式设计增加了接触元件的表面积，这支持了接触元件和容纳部之间对油或气体介质的可靠和长期密封。接触元件在接触区可以有多个底切。
24.此外，接触元件在注塑有容纳部的区域可以具有有角形的横截面。当接触元件通过螺钉连接到接触端子时，第一侧会出现螺纹连接力(schraub-)，这些力被接触元件吸收。有角形的横截面，例如六角形，可以防止接触元件由于螺钉连接而在容纳部内旋转。
25.另一个实施方案规定，在容纳部的第一侧形成有定位辅助装置，该定位辅助装置被设计为用于将接触端子定位在预定的位置。例如，定位辅助装置可以包括凸耳。通过定位辅助装置，接触端子可以被布置在电气连接元件上的预定位置，并且可以以形状配合、力配合或材料结合的方式连接到接触元件上。
26.此外，在容纳部的第一侧形成有另一个定位辅助装置，其被设计为将接触端子替代性地(alternativ)定位在另一个预定位置，特别是与该预定位置正交的另一个预定位置。
27.定位辅助装置允许实现接触端子在电气连接元件上的各种取向可能性。接触端子的不同取向方式使得多个电气连接元件可以节省空间地布置。
28.此外，还提供了一种布置，其在车辆电池的壳体上具有电气连接元件并且具有另一个密封件。另一个密封件被布置在容纳部的第二侧并被设计为，当容纳部被布置在车辆电池壳体的开口处时，用来密封容纳部和壳体之间的另一个接触区域。另一个密封件可以包括椭圆形的横截面。当把电气连接元件固定到壳体上时，另一个密封件可以被压入为此目的而提供的腔体。在此，由于椭圆形截面，另一个密封件可以在截面的短直径方向上胀伸并密封腔体的侧壁。腔体可以包括围绕接触元件布置的凹槽。
29.本发明的另一个方面涉及一种用于电气元件，如车辆电池的流体密封式电气接触的方法，包括：提供接触元件；将塑料容纳部注塑到所提供的接触元件上，其中，容纳部具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中，接触元件可从容纳部的第一侧和容纳部的第二侧进行电气接触；以及在接触元件和注塑到接触元件的容纳部之间布置密封件，其中，该密封件设计为用于密封接触元件和容纳部之间的接触区域。
30.将容纳部注塑到接触元件上可以通过注塑工艺进行，从而最大限度地减少装配工作。
31.布置密封件可以包括在接触元件和容纳部之间插入密封环和/或浇注浇注剂。此外，在插入密封环时，可以将保持元件插接在接触元件上。保持元件用于将密封环保持在接触元件和密封环之间。
32.密封环和浇注剂的组合也是可能的，其中浇注剂可以先倒入，然后再插入密封环。也可以选择在浇注浇注剂之前插入密封环。
33.此外，在布置好密封件后，可以通过形成在容纳部第一侧的定位辅助装置将接触端子定位在接触元件上的预定位置。
34.本发明的进一步特点、优点和细节将从以下对一个优选实施例的描述和附图中看出。在描述中提到的特征和特征的组合，以及下面在附图的描述中和/或单独在附图中显示的特征和特征的组合，不仅可以在指定的组合中使用，也可以在其它组合中使用，或单独使用，而不偏离本发明的范围。
附图说明
35.下面将参照实施例和附图对本发明进行更详细的解释。其中：
36.图1示出根据第一实施方案的电气连接元件的剖视图，该电气连接元件具有浇注剂作为密封件，
37.图2示出根据另一实施方案的电气连接元件的立体图，该电气连接元件具有密封环作为密封件，
38.图3示出根据另一实施例的电气连接元件的剖视图，该电气连接元件具有浇注剂和密封环的组合作为密封件，
39.图4示出电气连接元件的接触元件的立体图，
40.图5示出根据第二实施方案的电气连接元件的立体图，该电气连接元件具有定位辅助装置，
41.图6示出根据第二实施方案的电气连接元件的立体图，该电气连接元件具有定位辅助装置，
42.图7示出根据第二实施方案的电气连接元件的立体图，该电气连接元件具有定位辅助装置，
43.图8示出根据第三实施方案的电气连接元件的俯视图，该电气连接元件具有定位辅助装置，
44.图9示出根据第三实施方案的电气连接元件的俯视图，该电气连接元件具有定位辅助装置，
45.图10示出根据第三实施方案的电气连接元件的俯视图，该电气连接元件具有定位辅助装置和接触端子，
46.图11示出根据第三实施方案的电气连接元件的俯视图，该电气连接元件具有定位辅助装置和接触端子，
47.图12示出所接触的电气连接元件的布置的俯视图，以及
48.图13示出用于车辆电池的油密封的电气接触的方法的示意图。
49.这些附图只是示意性的表示，仅用于解释本发明。相同或相似的元素在整个过程中使用相同的附图标记。
具体实施方式
50.图1显示了根据第一实施例的电气连接元件1，该电气连接元件包括接触元件2。在所示实施例中，接触元件2是接触销2a。在另一个实施例中，接触元件2是接触插座。
51.此外，电气连接元件1包括容纳部3。在所示的实施例中，容纳部3是塑料载体3a。容纳部3被注塑到接触元件2上。接触销2a可以从塑料载体3a的第一侧，例如，通过螺钉连接进行电气接触，其方式是，接触端子4(在图1中没有显示，见图11及以下)可以被拧入到接触销
2a中。此外，接触销2a包括位于塑料载体3a的第二侧的插头连接器的公插头元件5，由此可以借助插头连接器的母插头元件来建立电气接触。
52.接触保护元件6被布置在插头连接器的公插头元件5上。在另一个实施方案中，在插头连接器的公头部分未布置有接触保护元件6。同样，公插头元件5和母插头元件的布置也可以反过来。
53.电气连接元件1包括密封件，该密封件将接触销2a和塑料载体3a之间的接触区域相对油密封。在另一个实施例中，该密封件对气体介质进行密封。一般地说，另一个密封件将壳体和塑料载体3a之间的另一个接触区域相对于流体密封。在示出的实施例中，密封件是浇注剂7。
54.浇注剂7被布置在接触销2a和塑料载体3a之间，该浇注剂在固化后密封在接触销2a和塑料载体3a之间的接触区域。浇注剂7通过开口7a浇注在接触销2a和塑料载体3a之间。在塑料载体3a上布置有凸起7b，它可以防止浇注剂7在浇入时溢出。另外，在另一个实施例中，特别地，参见图2，密封环8被用作密封件。在另一个实施例中，密封件是浇注剂7和密封环8的组合。
55.为了增加接触销2a的表面积，在所示的实施例中，接触销2a上布置有底切9，其特别地被迷宫式构造。通过增加表面积，增加了密封所针对的流体的电气间隙。底切9可以包括一个或多个沟槽。在另一个实施方案中，接触销2a具有另一个底切。
56.接触元件2具有基本圆形的截面。在塑料载体3a被注塑到接触元件2上的区域中，接触元件2具有有角形的截面(eckiger querschnitt)。有角形的截面特别地是六边形10。
57.在所示的实施例中，在塑料载体3a被注塑到接触销2a上的区域中，接触销2a具有六边形10。通过六边形10防止了在通过螺钉连接电气接触接触端子4的过程中接触销2a的旋转。
58.塑料载体3a包括另一个密封件。如果塑料载体3a被布置在壳体上，特别是车辆电池的壳体上，以便接触元件2被布置在壳体的开口处，则该另一个密封件将壳体和塑料载体3a之间的另一个接触区域相对于油密封起来。在另一个实施方案中，另一个密封件将壳体和塑料载体3a之间的另一个接触区域相对于气体密封起来。一般来说，另一个密封件将壳体和塑料载体3a之间的另一个接触区域相对于流体密封起来。根据所示的实施例，另一个密封件是密封环11。
59.此外，电气连接元件1包括塑料载体3a上的紧固元件。在所示的实施例中，紧固元件是套筒12a、12b。紧固元件的作用是将塑料载体3a紧固在壳体上，特别是车辆电池的壳体。在另一个实施例中，可以省略套筒12a、12b。
60.通过套筒12a、12b可以插入螺钉，所述螺钉在套筒12a、12b内有间隙，用于公差补偿。螺钉可用于将电气连接元件1拧到壳体上，特别是车辆电池的壳体。
61.此外，参见图7，在螺钉的螺钉头和套筒12a、12b之间可以布置有紧固垫圈17，该紧固垫圈允许螺钉向套筒12a、12b均匀地传力，同时，尽管螺钉在各自的套筒12a、12b中具有间隙，但仍为螺钉提供支撑点(auflagepunkt)。在另一个实施例中，紧固垫圈17被省略了。
62.图2显示了根据另一个实施例的电气连接元件1。
63.电气连接元件1包括作为密封件的密封环8，它被插入到接触销2a和塑料载体3a之间。为了保持密封环8，保持元件13被插到接触销2a上。塑料载体3a包括带有坡面14a的插入
辅助装置14。在另一个实施例中，特别地，参见图3，密封环8通过底切固定到接触销2a上。
64.图3显示了根据另一个实施例的电气连接元件1。
65.塑料载体3a包括插入辅助装置14。在所示的实施例中，插入辅助装置14是坡面14a。在此，接触销2a和塑料载体3a之间的接触区域被浇注剂7和密封环8的组合密封。为此，部分浇注剂7被浇注在接触销2a和塑料载体3a之间，并且此外，密封环8也被插到接触销2a上。密封环通过底切9紧固到接触销2a上。在此，浇注剂7可以被引入到密封环8的上方和/或下方。
66.图4显示了电气连接元件1的接触元件2的立体图。
67.接触元件2是接触销2a。接触销2a本身是旋转对称的，它包括具有有角形的截面的区域，特别是六边形10。当接触销2a与接触端子4接触时，特别是当接触端子4被紧紧拧入接触销2的螺纹2b时，六边形10防止接触销2a在塑料载体3a内旋转。接触销2a上布置有迷宫状的底切9。迷宫状的底切9的作用是扩大接触销2a的表面，从而提高接触区域的密封性。
68.图5显示了根据第二实施方案的电气连接元件1的立体图，该电气连接元件具有定位辅助装置15。
69.塑料载体3a包括第一侧的定位辅助装置15，其用于对接触端子4进行预定取向。在所示的实施例中，定位辅助装置15是多个卡锁凸耳(rastnasen)15a。接触端子4，特别是见图10及以下，可以以形状配合、力配合或材料结合的方式与接触销2a连接。通过卡锁凸耳15a，接触端子4可以以不同的旋转角度，例如，与接触销2a成90
°
、180
°
、270
°
或360
°
定位。配对卡锁凸耳(gegenrastnase)16被布置用来精确定位并将接触端子4保持在预定的取向。由于接触端子4的可能取向的变化，电气连接元件1可以作为多功能部件使用。此外，任何数量的电气连接元件1可以以节省空间的方式布置。电气连接元件1包括在电气连接元件上对称布置的凸耳18。凸耳18被设计为用于方便拆卸电气连接元件1，例如通过在凸耳18下放置杠杆。
70.图6显示了根据第二实施例的电气连接元件1的立体图，但只有一个凸耳18和只有两个定位辅助装置15。然而，一般来说，定位辅助装置15和凸耳18的数量互不相干。然而，在组件不同的情况下，凸耳18可以更容易区分组件。
71.图7显示了根据第二实施例的电气连接元件1的另一个立体图。
72.为了更好地将塑料载体3a定位在壳体上，根据第二实施例，紧固垫圈17被布置在套筒12a、12b上。紧固垫圈17在中心具有孔，例如螺丝或紧固螺栓穿过该孔，以便将塑料载体3a固定在壳体上。在另一个实施方案中，套筒12a、12b上未布置有紧固垫圈17。
73.图8显示了根据第三实施方案的电气连接元件1的俯视图，该电气连接元件具有定位辅助装置15。
74.在第三实施方案中，塑料载体3a包括用于拆卸电气连接元件1的凸耳18。为了保护电气连接元件1在拆卸或维护期间不受损害，可以在凸耳18处，例如使用螺丝刀抬起电气连接元件1，以便拆卸电气连接元件1。此外，凸耳18可以用作插入电气连接元件1的加密件(kodierung)。在另一个实施方案中，塑料载体不包括用于拆卸的凸耳18。
75.图9显示了根据第三实施例的电气连接元件1的另一个俯视图，该电气连接元件具有定位辅助装置15。
76.图10显示了根据第三实施例的电气连接元件1的俯视图，该电气连接元件具有定
位辅助装置15和接触端子4。
77.根据接触端子4的大小，可以使用定位辅助装置15实现多个取向。
78.因此，图11显示了根据第三实施例的电气连接元件1上接触端子的另一种取向。
79.图12显示了接触的电气连接元件1的布置的俯视图。
80.接触端子4分别通过电源线19连接到电气元件，例如电池单元。接触端子4例如被焊接在电源线19上。通过定位元件15，接触端子4以不同的旋转角度定向，并且电源线19被并排铺设。
81.图13显示了用于车辆电池的油密封的电气接触的方法的示意图。
82.在第一步s1中，提供接触元件2，例如接触销2a。
83.在第二步s2中，将容纳部3，例如塑料载体3a，注塑到所提供的接触元件2上。接触元件2可以从容纳部3的第一侧和容纳部3的第二侧进行电气接触。
84.在第三步s3中，将密封件布置在接触元件2和注塑到接触元件2上的容纳部3之间，以便以流体密封的方式密封在接触元件2和容纳部3之间的接触区域。密封件的布置可以包括在接触元件2和容纳部3之间插入密封环8和/或浇注浇注剂7。
85.在第四步s4中，任选地，在布置好密封件后，将用于保持密封环8的保持元件13插接到接触元件2上。
86.在第五步s5中，在容纳部3第一侧形成的定位辅助装置15将接触端子4定位并紧固在接触元件2的预定位置。
87.在第六步中，另一个密封件被安置在腔体中，电气连接元件1被紧固在车辆电池的壳体上。在另一个实施例中，步骤s5和s6可以互换。
88.附图标记列表
89.1 电气连接元件
90.2 接触元件
91.2a 接触销
92.2b 螺纹
93.3 容纳部
94.3a 塑料载体
95.4 接触端子
96.5 公连接器元件
97.6 接触保护元件
98.7 浇注剂
99.7a 开口
100.7b 凸起
101.8 密封环
102.9 底切
103.10 六边形
104.11 密封环
105.12a 套筒
106.12b 套筒
107.13 保持元件
108.14 插入辅助装置
109.14a 坡面
110.15 定位辅助装置
111.15a 卡锁凸耳
112.16 配对卡锁凸耳
113.17 紧固垫圈
114.18 凸耳
115.19 电源线
116.s1至s6 方法步骤