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Verbindungstechnik

Steckverbinder für wechselbare Batteriespeicher-Systeme

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Moderne Batteriemodule müssen steckbar sein

Ein Batteriespeichersystem ist so gestaltet, dass alle Zellen in einem oder mehreren Batteriemodulen zusammen gefasst sind. Das Batteriemodul stellt dann die mechanische, elektrische und kommunikationstechnische Schnittstelle dar. Im Fahrzeug, in der Maschine, im Werkzeug oder an der stationären Aufnahme ist dazu ein Batteriefach angebracht, in das das Batteriemodul eingeführt und verriegelt wird.

Kennzeichnend für all diese Anwendungen ist, dass die Batteriemodule steckbar ausgeführt sind, um mit dem elektrischen System verbunden zu werden. Je nach Ausführung werden hier von wenigen bis zu mehreren hundert Ampere und/oder Volt übertragen (Bild 3).

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Im Vergleich zu gängigen Steckverbindern müssen Batteriemodul-Steckverbinder spezielle Anforderungen erfüllen. Oftmals ist das Batteriemodul so konstruiert, dass es vom Bediener in die Aufnahme (das Batteriefach) eingeführt wird.

Der Steckverbinder selbst wird in diesem Fall nicht vom Bediener geführt – der Bediener kann die ineinander führende Position der Kontakte nicht haptisch erfassen. Ähnlich ist es bei Batteriemodulen, die aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts mit Hilfe eines Manipulators (etwa als Teil einer Fördereinrichtung) bewegt werden.

Hinzu kommen Umwelteinflüsse sowie Stoß- und Vibrationsbelastungen während des Einsatzes, zum Beispiel bei einer Fahrt oder im Produktionsprozess. Trotzdem muss der Steckvorgang einfach und zuverlässig sein.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Leistungselektronik, Stromversorgungen und Energieeffizienz II erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Mechanische Toleranzen beim Steckvorgang ausgleichen

Problematisch an dieser Situation ist, dass sowohl das Batteriemodul als auch das Aufnahmefach mit Toleranzen behaftet ist. Die mechanische Konstruktion ist deshalb immer mit einem Spielraum ausgestattet, sodass beim Einführen des Batteriemodules die Kontakte nicht zueinander fluchten.

Sie bewegen sich stattdessen innerhalb des vorgesehenen Spiels orthogonal und winklig außerhalb der Sollposition. Bei Einschubsystemen, die eine Zwangsführung besitzen, sowie bei Batteriemodulen, die per Manipulator gesteckt werden, kann diese Positionsabweichung nicht korrigiert werden (Bild 4).

Gängige Steckverbinder besitzen derartige Vorrichtungen nicht, da bei einem manuellen Steckvorgang immer der Bediener die notwendige Positionskorrektur aufgrund der haptischen Rückmeldung vornimmt.

Wenn diese haptische Rückmeldung nicht möglich ist, sind spezielle Steckverbinder einzusetzen. Geeignete Konstruktionen sorgen dann dafür, dass Steckverbinder, die versatzbehaftet aufeinander treffen, so die Position ändern, dass die Kontakte ineinander geführt werden können. Dabei treten verschiedene Fälle auf (Bild 5).

So wird deutlich, dass nur eine aufeinander abgestimmte Konstruktion von Einschubsystem, Manipulator, Batteriemodul und Steckverbinder zu einer befriedigenden Lösung führt.

Neben diesen grundlegenden Festlegungen sind weitere Parameter zu beachten, wie insbesondere die orthogonale Positionsabweichung und die Winkelabweichung - beides jeweils in horizontaler und vertikaler Richtung.

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