Система для подключения электрических токопроводящих дорожек к полюсным разъемам совместно подключенных элементов

Изобретение относится к системе для подключения электрических токопроводящих дорожек. Технический результат - обеспечение возможности устойчивого к повреждениям и надежного в эксплуатации подключения межэлементных соединителей (17), например тягового аккумулятора (11), проводящих повышенные токи к устройству управления батареей (21). Достигается тем, что на корпусе (13), группирующем механическим образом элементы (12), сначала фиксируется печатная плата (24) в форме покрытой пластиком перфорированной решетки (25), которая, однако, не выше, чем соседние торцевые поверхности (15) полюсных разъемов (14) элементов, выступающих из нее. Во время монтажа межэлементного соединителя (17) к полюсным разъемам (14) межэлементный соединитель входит с помощью согнутого под углом к нему рукава (32) в параллельную межэлементному соединителю (17) плоскость перфорированной решетки (25) и при этом проходит наклонно между, по меньшей мере, двумя направленными друг на друга зажимными планками (35), в результате чего создается чрезвычайно надежное механическое и электрическое подключение межэлементного соединителя (17) к монтажной печатной плате (24). 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к системе в соответствии с ограничительной частью независимого пункта формулы изобретения.

Подобная система подключения известна из DE 19810746 В4 в аккумуляторах для электромоторной тяги. Эта система состоит из схемной платы, токопроводящие дорожки которой возле отверстий печатной платы выполняют контактирующими с заканчивающимися в одной плоскости полюсными разъемами множества элементов, перед тем как сверху устанавливают просверленные многоамперные межэлементные соединители, при помощи которых элементы затем соединяют в единый блок элементов аккумулятора. Эта двухслойная система, состоящая из межэлементных соединителей и закрепленной под ними схемной платы, зафиксирована с помощью винтов, которые, проходя через отверстия платы, ввинчены во внутреннюю резьбу полюсных разъемов. Токопроводящие дорожки, выполненные на схемной плате, ведут от полюсных разъемов, расположенных вдоль края печатной платы, к центральной области печатной платы, которая оснащена схемой для устройства управления батареей, и к шунтам для выравнивания степени заряженности отдельных элементов друг с другом, а также к многоконтактному штепсельному разъему, выполненному как интерфейс связи. Для печатной платы используют эластичный материал, так как с одной стороны печатная плата при избыточной опоре жестко привинчена между массивными межэлементными соединителями и полюсными разъемами, в то время как с другой стороны на межэлементные соединители через печатную плату влияют обусловленные производственным процессом вибрации и зависимые от температуры силы полюсных разъемов. Это может вызвать опасность разрыва токопроводящих дорожек в непосредственной близости от полюсных винтовых соединений и, таким образом, привести к отказу всего блока элементов подобного тягового аккумулятора из-за более не функционирующего устройства управления аккумулятором.

Ввиду этих обстоятельств настоящее изобретение основано на технической задаче: разработать, при легко управляемой технологии полюсных соединений, независимую от условий эксплуатации надежную систему подключения, в частности для управления батареей.

Эта задача решена настоящим изобретением согласно признакам независимого пункта формулы изобретения. В соответствии с этим печатная плата механически отделена от полюсных разъемов и, соответственно, элементов так, что печатная плата больше не крепится в полюсных разъемах, а механически крепится на части корпуса аккумулятора, в котором размещаются элементы. В таком случае сначала только позиционированный на полюсных разъемах, а затем подлежащий привинчиванию к ним, без зажимания печатной платы, межэлементный соединитель, содержащий преимущественно так называемый рукав, расположенный под углом к плоскости межэлементного соединителя (или альтернативно содержащий шип, прикрепленный к межэлементному соединителю перпендикулярно его плоскости), входит в зацепление с изолированной структурой выводной рамки печатной платы, установленной на корпусе аккумулятора.

При этом по меньшей мере две вырезанные на выводной рамке, направленные с торцов друг на друга планки вдаются, незначительно пружиня, в выемку в пластмассовой оболочке. При надавливании межэлементного соединителя на полюсные разъемы рукав, согнутый под углом к плоскости межэлементного соединителя, опускается в выемку и зажимается в ней между торцами планок, которые при этом незначительно изгибаются в сторону ввода и фиксируют с силовым замыканием рукав, предотвращая проскальзывание назад. Тем самым межэлементный соединитель предварительно смонтирован для заключительного привинчивания к его полюсным разъемам и одновременно уже подключен к электрической структуре токопроводящих дорожек выводной рамки.

Целесообразным образом и другие вырезанные из выводной рамки планки, которые своими торцами выступают из отверстий в оболочке, согнуты под углом к плоскости выводной рамки, так что к ним и тем самым к структуре токопроводящих дорожек печатной платы в форме изолированной выводной рамки, могут быть подсоединены конструктивные элементы, такие как измерительные резисторы для управления батареей и, в частности компенсационные резисторы. Необходимые для последних, большие по сравнению с линиями измеряемых данных поперечные сечения проводников доступны без затруднений беспрепятственно, по сравнению с наклеенными токопроводящими дорожками, благодаря, соответственно, согласованным ширинам дорожек выводной рамки соответствующей толщины. Если в торцах таких планок с зажимами перфорированы V-образные открывающиеся остроугольные прорези, то в данном случае возможно простым с технической точки зрения образом непосредственно зажимать соединения резисторов и прочих конструктивных элементов, для того чтобы осуществлять монтаж без пайки в направлении входа рукава в зацепление с выводной рамкой и тем самым по направлению к корпусу аккумулятора, служащему опорой для печатной платы.

Другие торцы планок выводной рамки могут быть выполнены штамповкой филигранно сужаясь на концах, для того чтобы перед подготовкой штепсельного короба по мере изоляции выводной рамки с помощью его пластмассовой оболочки можно было бы непосредственно согнуть их под углом к плоскости выводной рамки по направлению к штепсельным штифтам. Благодаря этому не требуется больше монтировать на печатной плате индивидуальные штепсели для интерфейса связи.

В рамках настоящего изобретения печатная плата не должна располагаться под полюсными разъемами, рукава тоже вполне могут быть подняты для вхождения в зацепление с установленной поверх соответствующего полюсного разъема печатной платой. Все же более целесообразной является опорная поверхность большой площади плоской с тыльной стороны выводной рамки печатной платы на корпусе аккумулятора с соответственно радиальным отступом от полюсных разъемов, на которые потом будут привинчены межэлементные соединители, входящие локально в зацепление с выводной рамкой печатной платы с помощью своих рукавов, без механического зажимания при этом оболочки выводной рамки.

Дополнительные варианты и усовершенствования согласно изобретению вытекают из следующих требований и, с учетом их преимуществ, из нижеследующего описания предпочтительного примера выполнения изобретения, показанного на фигуре без соблюдения масштаба в увеличенном изображении. На рисунке, согласно данному изобретению, изображена система подключений с вхождением в зацепление межэлементного соединителя посредством своего рукава с изолированной выводной рамкой печатной платы:

на Фиг.1 на фрагменте в поперечном сечении;

на Фиг. 2 на фрагменте в перспективе по отношению к корпусу, смонтированному со стороны платы, без элементов.

Аккумулятор 11, предназначенный для тяговых целей, представляет собой межкомпонентное соединение нескольких элементов 12 во взаимных последовательных и/или параллельных соединениях. Для этого элементы 12 крепятся в формованном соответствующим образом корпусе 13 (Фиг. 2), изготовленном в форме колпака, методом литья пластика под давлением, из которого они выступают обоими цилиндрическими полюсными разъемами 14. В расположенных в одной плоскости свободных торцевых поверхностях 15 обоих полюсных разъемов 14 каждого элемента 12 находятся глухие отверстия 16 с внутренней резьбой. Учитывающее полярность соединение элементов 12 осуществляется посредством массивных полосовидных межэлементных соединителей 17 многоамперного тока, которые для этого соответственно со сквозным отверстием 18 позиционированы над глухим отверстием 16. Таким образом, межэлементный соединитель 17 посредством проходящего через сквозное отверстие 18 и входящий в глухое отверстие 16 стержня с винтовой резьбой 19 винта 20 может быть жестко соединен с полюсными разъемами 14.

Для устройства 21 управления батареей, которое в целях продления срока службы и работоспособности элементов 12 регулирует их циклы зарядки и разрядки, отдельные межэлементные соединители 17 должны быть подсоединены через электрический проводник к соответствующим конструктивным элементам 22 и схемам 23 по возможности технически просто и эксплуатационно надежно без погрешностей монтажа. Это осуществляется посредством печатной платы 24, которая состоит из выводной рамки, которая перед окончательным разъединением стабилизирующих мостов, служащих для управления, подвергается формованию литьем под давлением пластика с образованием в основном плоской, но достаточно жесткой и механически высокопрочной оболочки 26. Разводка токопроводящих дорожек является электрически эффективной, когда сквозь отверстия в оболочке 26 могут быть выштампованы стабилизирующие мосты.

Эта печатная плата 24 будет ровно позиционирована и зафиксирована на корпусе 13 посредством нескольких расположенных на расстоянии друг от друга фиксирующих крючков 27, которые предпочтительно нанесены на корпус 13 литьем под давлением и охватывают печатную плату 24 через предусмотренные для этого позиционирующие отверстия 28 или вдоль внешнего края печатной платы. В остальном печатная плата 24 посредством проходящих подобным образом обрамлений (или проемов) 29 расположена таким образом, что она не касается боковых поверхностей полюсных разъемов 14, т.е. радиально выдерживается расстояние в свету по отношению ним.

Во всяком случае, в районе прохождения межэлементных соединителей 17 опирающаяся на корпус 13 печатная плата 24 является нетолстой, во всяком случае не толще, чем высота в свету полюсных разъемов 14. Если межэлементный соединитель 17 будет наложен на их торцевые поверхности 15 и посредством винтов 20 будет по отношению к ним крепиться, то благодаря этому не произойдет сандвичеобразный зажим печатной платы 24, монтированной под ними на корпусе 13. Она является и остается достаточно мягкой и поэтому механически бережно подсоединенной с помощью фиксирующих крючков 27 к ее опорной поверхности большой площади в виде корпуса 13.

Межэлементный соединитель 17, опирающийся на торцевые поверхности полюсных разъемов, будет предварительно позиционирован перед привинчиванием с помощью фиксаторов 31, охватывающих его продольные края 30, которые, как и фиксирующие крючки 27, приформованы к корпусу 13, но входят в зацепление с печатной платой 24 при радиальном люфте.

Контур межэлементного соединителя 17 формируется с помощью, по меньшей мере, одного бокового выступа, предпочтительно заштампованного, который выгибается в рукав 32, который направлен своим концом 33, удаленным непосредственно от межэлементного соединителя 17, в направлении поперек к плоскости межэлементного соединителя и на печатную плату 24. Поэтому при нажатии на фиксаторы 31 этот конец 33 входит в плоскость выводной рамки 25, а именно в выемку 34 ее оболочки 26.

В эту выемку 34 выступают дистанцированные друг от друга, по крайней мере, две заформованные в выводную рамку 25 зажимные планки 35. Они отогнуты друг от друга, как это показано на чертеже, с конца 33 рукава 32 в направлении присоединения, незначительно упруго, и благодаря этому наклонены к боковым поверхностям рукава 32.

В ходе предварительного монтажа межэлементного соединителя 17 рукав 32, входящий в зацепление с выводной рамкой 25, представляет собой рукав, являющийся желательно упругим, но одновременно и достаточно вибростойким как к механическому, так и к электрическому подключению межэлементного соединителя 17, привинченного к соседним полюсным разъемам 14, к разводке в виде выводной рамки 25.

Альтернативно на нижней стороне межэлементного соединителя 17 приформован штырь, который, как и рукав 32, входит в зацепление с выводной рамкой 25.

Интерфейс связи, необходимый для подключения внешней схемы 23, целесообразно также интегрирован в выводную рамку 25, в которой особенно узко расположенные концы решетки, выполняющие функцию штепсельных штифтов 37, окружают в процессе изоляции выводной рамки 25 формованным штепсельным коробом 38.

Штепсельные штифты 37 целесообразным образом, как это показано на чертеже, выгнуты от плоскости печатной платы 24 таким образом, что в данном случае по мере фиксации печатной платы 24 на корпусе 13 может быть подключено штепсельное соединение. Вопреки принципиальной схеме по Фиг. 1 предоставляется особенно компактная конструкция, если штепсельный короб 38 будет размещен в параллельной оси клинообразной части 43 корпуса (Фиг. 2) между соседствующими друг с другом элементами 12.

Обусловленные электрическим током большие поперечные сечения проводника для подключения резисторов 39, предназначенных для выравнивания заряда элементов, целесообразно реализованы внутри выводной рамки 25 посредством соответственно расширенной дорожки. Особенно предпочтительный вариант монтажа предусматривает, что в выемках 34 печатной платы на расстоянии от межэлементного соединителя 17 под углом к плоскости печатной платы 24 навстречу направлению входа рукава 32 отогнуты выштампованные и при этом оснащенные по торцам узкими v-образными прорезями 42 (Фиг. 2) концы дорожек к монтажным клеммам 40. В них необходимо вдавить потом разъем 41 конструктивных элементов только в направлении монтажа печатной платы, т.е. против стабилизирующей опоры корпуса 13, и, благодаря этому, зажать при не требующем пайки монтаже.

Таким образом, осуществляются все, как механические, так и электрические монтажные действия в той же последовательности: сначала фиксация выводной рамки печатной платы 24 на корпусе 13 аккумулятора вместе с процессом установки в короб 38, потом ввод рукава 32 межэлементного соединителя в выводную рамку 25 и прижатие разъема 41 для конструктивных элементов к выводной рамке 25.

Для того, чтобы защитить межэлементные соединители 17 тягового аккумулятора 11, проводящие большие токи, и сделать их устойчивыми к повреждениям и надежными в эксплуатации при подключении к устройству 21 управления батареей, на корпусе 13, механически группирующем элементы 12, согласно изобретению, сначала фиксируется печатная плата 24 в форме изолированной пластиком выводной рамки 25, оболочку 26 которой наносят по соседству с межэлементными соединителями 17, однако не выше, чем торцевые поверхности 15 полюсных разъемов 14 элементов, выступающие на расстояние в свету по отношению к оболочке 26. Во время предварительного монтажа межэлементного соединителя 17 к полюсным разъемам 14 межэлементный соединитель входит при помощи отогнутого от него рукава 32 в плоскость выводной рамки 25 и проходит наклонно между, по меньшей мере, двумя направленными друг на друга зажимными планками 35, из-за чего в одном монтажном направлении создается надежное механическое и электрическое присоединение межэлементных соединителей 17 к выводной рамке 25 монтажной печатной платы 24.

Список условных обозначений

11 аккумулятор (из 12-12)

12 элемент (в 13 закреплен)

13 корпус (11-го)

14 полюсный разъем (12-го)

15 торцевая поверхность (14-го)

16 глухое отверстие (в 14-ом)

17 межэлементный соединитель(над 14-14)

18 сквозное отверстие (в 17 над 16)

19 стержень с винтовой резьбой (в 16)

20 винт (с 19)

21 устройство управления батареей (для 12-12)

22 конструктивный элемент (в 23)

23 (внешняя) схема (для 38)

24 печатная плата (из 25-26)

25 выводная рамка (в 26)

26 оболочка (с 25)

27 фиксирующий крючок (на 13 для 24)

28 позиционирующее отверстие (на 24 для 27)

29 обрамление/прорезь (на/в 24, дистанцировано по отношению к 14)

30 продольный край

31 фиксатор (между 13 и 17)

32 рукав (на 17, между 35-35)

33 конец (32-го)

34 выемка (в 24)

35 зажимные планки (напротив 32)

36 боковая поверхность (32-го)

37 штепсельный штифт (в 38)

38 штепсельный короб (вокруг 37)

39 резистор (на 40)

40 монтажная клемма (для 39)

41 разъем (39-го)

42 прорезь (в 40 для 41)

43 клинообразная часть (снаружи на 13, для 38.)

1. Система для подключения электрических токопроводящих дорожек печатной платы (24) к полюсным разъемам (14) совместно подключенных при помощи межэлементных соединителей (17) элементов (12) аккумулятора, причем печатная плата (24), зафиксированная на расстоянии от полюсных разъемов (14), содержит структуру токопроводящих дорожек в форме выводной рамки (25), покрытой посредством литья оболочкой (26), при этом выполненные в форме шипа или выгнутые в рукав (32) боковые выступы межэлементных соединителей (17) входят в зацепление в соответствующие выемки (34) в оболочке таким образом, что создается упругое и одновременно вибростойкое, как механическое, так и электрическое подключение межэлементного соединителя (17) к структуре токопроводящих дорожек выводной рамки (25).

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что отстоящий от межэлементных соединителей (17) рукав (32) проходит в направлении поперек плоскости межэлементных соединителей (17).

3. Система по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что зацепление осуществляется между зажимными планками (35), направленными в выемке (34) оболочки (26) выводной рамки (25) друг на друга.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что оболочка (26) накладывается вблизи межэлементных соединителей (17) не выше, чем полюсные разъемы (14).

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что оболочка (26) зафиксирована на корпусе (13) для группировки элементов (12).

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что фиксирующие крючки (27), выступающие из корпуса (13) по направлению присоединения рукава (32), удерживают оболочку (26) на фиксирующих отверстиях (28).

7. Система по п. 5, отличающаяся тем, что межэлементные соединители (17) также зафиксированы на корпусе (13).

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что межэлементные соединители (17) соединены с элементами (12) с помощью болтов (20), входящих в зацепление с глухими отверстиями (16) в их полюсных разъемах (14) без аксиального воздействия на оболочку (26) выводной рамки.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что на оболочку (26) приформован штепсельный короб (38), в котором заканчиваются отштампованные на выводной рамке (25) штепсельные штифты (37).

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что штепсельные штифты (37) ориентированы в том же направлении присоединения, что и рукав (32).

11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в плоскости выводной рамки (25) выштампованные из нее монтажные клеммы (40) окантованы благодаря выемкам (34) в оболочке.

12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что для не требующего пайки монтажа разъема (41) для конструктивных элементов на торцах монтажных клемм (40) выштампованы V-образные открывающиеся узкие канавки.

13. Система по п. 9, отличающаяся тем, что монтаж оболочки (26) выводной рамки на корпус (13) ориентирован в том же направлении, что и направление подсоединения штепсельного короба (38) и монтажное направление межэлементных соединителей (17) вместе с направлением ввода его рукава (32), а также направление монтажа, например, резисторов (39) на плате (24).