(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵装置の複数のエネルギー貯蔵ユニットの並列および/または直列接触用の高電流接続装置(1)であって、
前記高電流接続装置(1)を電流消費体に接続する2つの端子(16、17)と、
前記エネルギー貯蔵ユニットの正端子に接続すると共に断面L字型の長方形のストリップとして作製された少なくとも2つの正端子接触接続部(2.1〜2.11)と、
前記エネルギー貯蔵ユニットの負端子に接続すると共に断面L字型の長方形のストリップとして作製された少なくとも2つの負端子接触接続部(3.1〜3.11)と、
前記端子、前記正端子接触接続部(2.1〜2.11)および前記負端子接触接続部(3.1〜3.11)を収容する回路基板(9)と、
を有し、
正端子接触接続部(2.1〜2.11)のそれぞれが、負端子接触接続部(3.1〜3.11)と電気的に接続されており、
前記端子(16、17)が前記正端子接触接続部(2.1〜2.11)及び前記負端子接触接続部(3.1〜3.11)の延在方向に延在しており、
前記正端子接触接続部および前記負端子接触接続部が、固定手段により、前記回路基板(9)に固定されており、
前記正端子接触接続部(2.1〜2.11)の一部および前記負端子接触接続部(3.1〜3.11)の一部が、前記回路基板(9)上でオーバラップして配置され、且つ電気的に接続されてオーバラップ部を形成するという特徴を有する高電流接続装置(1)。
【請求項２】
前記エネルギー貯蔵ユニットがバッテリセルとして作製され、かつ前記エネルギー貯蔵装置がバッテリブロックとして作製される請求項1に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項３】
前記正端子接触接続部(2.1〜2.11)が銅から形成され且つ前記負端子接触接続部(3.1〜3.11)がアルミニウムから形成される、または、前記正端子接触接続部(2.1〜2.11)がアルミニウムから形成され且つ前記負端子接触接続部(3.1〜3.11)が銅から形成される請求項1または2に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項４】
前記正端子接触接続部(2.1〜2.11)および前記負端子接触接続部(3.1〜3.11)が、端子接触接続部(4.1〜4.11)を形成する請求項1に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項５】
前記正端子接触接続部(2.1〜2.11)および/または前記負端子接触接続部(3.1〜3.11)が、前記オーバラップ部(8)の外側で、各々、前記エネルギー貯蔵ユニットの前記正端子および/または前記負端子の接触のための、前記オーバラップ部(8)に対して角度が付けられた1つの接触領域(7、7')を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項６】
前記端子接触接続部(4.1〜4.11)が、前記オーバラップ部(8)の領域において、はんだ接続によって、前記回路基板(9)に固定される請求項4に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項７】
前記端子接触接続部(4.1〜4.11)が断面U字型で作製され、前記接触領域(7、7')が脚部(6、6')を形成し、前記オーバラップ部(8)が前記端子接触接続部(4.1〜4.11)の底部を形成する請求項5に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項８】
前記端子接触接続部(4.1〜4.11)のうちの1つまたは複数において、セル電圧を引き出す、前記回路基板(9)に組み込まれたモニタリング手段を備える請求項1〜7のいずれか一項に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項９】
前記モニタリング手段が印刷導体(15)を有し、前記印刷導体(15)が、前記回路基板(9)上に印刷されるかまたは前記回路基板(9)にエッチングされ、前記端子接触接続部(4.1〜4.11)の銅からなる構成要素に接続される請求項8に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項１０】
前記正端子接触接続部(2.1〜2.11)および/または前記負端子接触接続部(3.1〜3.11)が直列にかつ/または並列に電気的に接触する請求項1〜9のいずれか一項に記載の高電流接続装置(1)。
【請求項１１】
複数のエネルギー貯蔵ユニットからなるハイブリッド車両用のエネルギー貯蔵装置であって、前記エネルギー貯蔵ユニットが、請求項1〜10のいずれか一項に記載の高電流接続装置(1)により、直列にかつ/または並列に互いに電気的に接続され、かつ/または前記エネルギー貯蔵ユニットが前記高電流接続装置(1)を介して電流消費体に接続可能であるエネルギー貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1に記載のエネルギー貯蔵装置の複数のエネルギー貯蔵ユニットの並列および/または直列接触のための高電流接続装置と、請求項14に記載のエネルギー貯蔵装置と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
これらのエネルギー貯蔵装置は、たとえば自動車、特に電気駆動装置またはハイブリッド駆動装置を有する自動車に使用されている。エネルギー貯蔵装置は、従来、電気的に接続されている複数のセルから構成されている。特にハイブリッド車の場合、非常に多くのセルを並列に(容量を増大させるため)かつ直列に(電圧を上昇させるため)接続しなければならない。エネルギー貯蔵装置にはコンパクトな設計が必要であるため、それらの動作時に大きな温度変動が発生し、一方で、自動車内の気温も同様に大きな変動にさらされる。さらに、セルは、それぞれの充電状態により幾何学的寸法が変化する。
【０００３】
さらに、高電流のために大きな導体断面が必要となるという技術的問題がある。
【０００４】
別の技術的問題は、車両の運転時に発生する振動および衝撃である。
【０００５】
電流を導通させるために種々の材料を用いるため、さらに電気化学的プロセスの問題があるとともに、これらの構成要素を接続するのに技術的難題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、上述した技術的問題があっても、最適な材料の使用により、及び可能な限り故障傾向が最小となる更に簡単な取付けにより、信頼性の高い動作が保証される、導体および対応するエネルギー貯蔵装置を発明することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項1および請求項14の特徴によって達成される。本発明の有利な発展は、従属請求項に示されている。本明細書、特許請求の範囲および/または図面に示す少なくとも2つの特徴のすべての組合せもまた、本発明の枠組み内にある。所与の値の範囲において、指示される限界内の値はまた、境界値としても開示され、任意の組合せで請求項に記載される。
【０００８】
本発明は、ウエハまたは回路基板に予め製作された電流消費体（current consumer）に対する(高電流)エネルギー貯蔵装置の接続に必要な構成要素を付与し、それにより、1つまたは複数のエネルギー貯蔵装置の取付けが大幅に簡略化するという概念に基づく。上述した技術的問題を、この方法により、かつ後述する他の方法により意外なほどに容易に解決することができることが確認された。これは、一方では、配線構造を回路基板に組み込むことができると共に、同時に、たとえば充電状態またはセル電圧のモニタリング等、この接続に関連する他の態様に対して、回路基板の印刷導体を実装することができるためである。
【０００９】
したがって、こうした高電流接続装置は以下の特徴を有することができる。
高電流接続装置を電流消費体に接続する2つの端子、
エネルギー貯蔵ユニットの正端子に接続する少なくとも2つの正端子接触接続部、
エネルギー貯蔵ユニットの負端子に接続する少なくとも2つの負端子接触接続部、
端子、正端子接触接続部および負端子接触接続部を収容する回路基板、
各正端子接触接続部は、一度に1つの負端子接触接続部に、かつ一度に1つのエネルギー貯蔵ユニットに割り当てられる。
【００１０】
2つの端子は、たとえば1つの縁領域において回路基板を貫通することができ、またはたとえば高電流ピンまたはジャックとして回路基板から突出することができ、それに対して、対応する高電流消費体を容易に接続することができる。
【００１１】
本発明の1つの有利な構成では、エネルギー貯蔵ユニットはバッテリセルとして作製され、かつエネルギー貯蔵装置はバッテリブロックとして作製される。
【００１２】
本発明の別の構成では、正端子接触接続部および/または負端子接触接続部は、特に長方形のストリップとして作製される。ストリップとして作製されることにより、接触接続部には、回路基板に容易に接続可能であるという利点がある。さらに、高電流強度を、わずかな空間要件でストリップとして実施することにより導通させることができる。有利には、正端子接触接続部および/または負端子接触接続部は、回路基板に対する独立した構成要素として適用される又は適用可能である。
【００１３】
一般的なエネルギー貯蔵ユニットに対する接触接続部の断面として、幅は5〜20mm、好ましくは10mmであり、かつ材料の厚さは1mm〜3mm、好ましくは1.5〜2.5mmである。長方形の構成であることにより、さらに、たとえばレーザ溶接により、接触接続部を、エネルギー貯蔵ユニットの対応する端子に安定して固定することができ、それにより、上述した振動およびサイズの変更により、動作中に電気接続部が切断する（broken）ことがない。
【００１４】
有利には、正端子接触接続部は負端子接触接続部とは異なる材料、特に銅またはアルミニウムから形成され、それにより、エネルギー貯蔵ユニットの対応する端子が接続された場合、構成要素が接続される時に、望ましくない電気化学プロセスまたは技術的問題が発生しない。
【００１５】
正端子接触接続部および負端子接触接続部が、一度に1つのオーバラップ部においてオーバラップするように配置されることにより、正端子接触接続部および負端子接触接続部を、導電的に広い領域にわたって容易に接続することができ、ここでは、動作中に振動または温度変動により接続部が切断しないことも確実になる。従来技術において正端子接触接続部および負端子接触接続部の材料を組み合わせることで問題が起こる程度まで、オーバラップ部を提供することにより、かつ事前製作により、それぞれの材料の組合せに適合する接続を実施することができ、負端子接触接続部および正端子接触接続部を、回路基板に特に自動化により接続される前に、事前に製作することができる。たとえばアルミニウムおよび銅の材料の組合せでは、有利に超音波溶接が可能である。
【００１６】
本発明の別の有利な実施形態では、正端子接触接続部および/または負端子接触接続部は、特にオーバラップ部の外側で、各々、エネルギー貯蔵ユニットの正端子および/または負端子の接触のための、オーバラップ部に対して好ましくは角度が付けられた1つの接触領域を有する。このように、エネルギー貯蔵ユニットの接触のために、いかなる他の構成要素も別個に不要であり、上述した利点は、ここでまた、たとえばレーザ溶接による、たとえば正端子および/または負端子のシンプルな固定も取り入れる。
【００１７】
端子接触接続部が、特に前記オーバラップ部の領域において、固定手段により、好ましくははんだ接続によって、回路基板に固定される場合、回路基板に別個の構成要素として設けられる端子接触接続部の密接した接続（intimate connection）もまた実施することができ、それにより、高電流接続装置の温度変動および振動がいかなる悪影響も与えることがない。
【００１８】
本発明の1つの特別な実施形態では、端子接触接続部は断面U字型で作製され、接触領域は脚部を形成し、オーバラップ部は端子接触接続部の底部を形成する。したがって、エネルギー貯蔵ユニットの正端子および/または負端子を、回路基板の背面から、脚部に対して平行に回路基板に設けられたスロットを通して容易に押すことができる。有利には形状（geometry）の結果として、正端子および/又は負端子の端子接触接続部の脚部への少なくとも一時的な接触を生じさせることができる。さらに、それを機械的にかつ/または溶接により固定することができる。
【００１９】
本発明の1つの重要な態様は、高電流接続装置に、1つまたは複数のモニタリング手段、たとえば1つまたは複数の端子接触接続部において、パラメータ、特にセル電圧を引き出す、1つまたは複数のモニタリング手段が設けられる又は設置可能ということである。モニタリング手段は、有利には、回路基板に、特に回路基板の回路としてまたは回路基板の印刷導体として組み込まれる。したがって、回路基板を、エネルギー貯蔵ユニットの接触のための、及びエネルギー貯蔵ユニットのための構造体またはエネルギー貯蔵装置のパラメータのモニタリングのための構造体として同時に使用することができる。有利には、モニタリング手段は、エネルギー貯蔵装置を評価し且つ任意的に調節する評価ユニットの接続のためのインタフェースを有し、接続部をソケットとして作製することができる。
【００２０】
有利には、モニタリング手段は印刷導体を有し、それは、回路基板上に印刷される又は回路基板にエッチングされ、端子接触接続部のモニタリング接続部に接続される又は接続可能である。セル電圧の引出しまたはパラメータの引出しが、端子接触接続部の1つの銅からなる構成要素で行われる場合、それは、高精度測定がエネルギー貯蔵装置の制御/調節に有利であるため、特に正確になる。
【００２１】
モニタリング接続部が同時に固定手段を形成する範囲で、同時にさらなる機能を固定手段によって実施することができ、それは特に、固定手段が回路基板にいずれかの方法で取り付けられ、回路基板の対応する印刷導体とそこで接触することができるためである。
【００２２】
本発明の別の有利な実施形態では、正端子接触接続部および/または負端子接触接続部は各々、直列にかつ/または並列に接触する。エネルギー貯蔵装置によって利用可能とされる電流強度および電圧の要件の概要に応じて、本発明の請求項に記載の高電流接続装置により、複数の可能性を容易に実施することができる。
【００２３】
本発明において請求項に記載するように、さらに、複数のエネルギー貯蔵ユニットからなる特にハイブリッド車両用のエネルギー貯蔵装置があり、エネルギー貯蔵ユニットは、先行する請求項のうちの1つに係る高電流接続装置により、直列にかつ/または並列に互いに電気的に接続される。上述したエネルギー貯蔵装置と組み合わせることができる本発明の別の態様は、エネルギー貯蔵装置を、高電流接続装置を介して電流消費体に接続することができる、ということである。
【００２４】
本発明の他の利点、特徴および詳細は、好ましい例示的な実施形態の以下の説明から、かつ図面を用いることにより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の請求項に記載の高電流接続装置の平面斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図1は、正端子接触接続部2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、2.10、2.11および負端子接触接続部3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、3.10、3.11からなる端子接触接続部4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、4.10、4.11を備えた高電流接続装置1を示す。端子接触接続部4.1〜4.11は、2つの列18、19において互いにずれて配置されており、それにより、列18の1つの正端子接触接続部が列19の1つの負端子接触接続部と同一平面に位置合せされ、たとえば正端子接触接続部2.2が負端子接触接続部3.1と同一平面に位置合せされる。
【００２７】
エネルギー貯蔵ユニット(図示せず)は、図示された実施形態では、回路基板9の下方に、端子接触接続部4.1〜4.11の長手方向延長部（longitudinal extension）に対して平行に単一列を形成するように配置されている。したがって、図1において最後部に示されたエネルギー貯蔵ユニットは、その銅または鋼からなる正端子(図示せず)により、銅からなる正端子接触接続部2.1と接触し、かつ、そのアルミニウムからなる負端子(図示せず)により、導電的に端子16に至る端子接続部（terminal connection）16pと接触する。端子接続部16pを、高電流に必要な断面で設けることができる。
【００２８】
そして、アルミニウムからなる負端子接触接続部3.1は、次のエネルギー貯蔵ユニットの負端子と接触し、一方で、このエネルギー貯蔵ユニットの正端子は、特にレーザ溶接により、正端子接触接続部2.2.に接続されるかまたは固定される。正端子接触接続部2.2および負端子接触接続部3.1は同一平面に位置合せされている。隣接するエネルギー貯蔵ユニットは、互いに向かって向きが変えられ、したがって、左の正端子と右の正端子が交互になる。
【００２９】
したがって、この実施形態では、直列接続が、第1のエネルギー貯蔵ユニットの負端子から発生し、図1において最前部であるエネルギー貯蔵ユニット(図示せず)の正端子まで端子16に接続される。最前部のエネルギー貯蔵ユニットは、端子接続部17pを介して導電的に端子17に接続される。
【００３０】
最前部のエネルギー貯蔵ユニットの負端子は、エネルギー貯蔵ユニットの他のすべての端子に類似して、下方からスロット12を通して負端子接触接続部3.11に接続される。
【００３１】
端子接触接続部4.1〜4.11はU字型になっており、底部5および2つの脚部6、6'からなる。正端子接触部2.1〜2.11および負端子接触部3.1〜3.11は各々、断面がL字型であり、各々、接触領域7、7'およびオーバラップ部8からなる。端子接触接続部4.1〜4.11の底部5を形成するオーバラップ部8では、正端子接触接続部2.1〜2.11および負端子接触接続部3.1〜3.11がオーバラップする（overlap）。正端子接触接続部2.1〜2.11および負端子接触接続部3.1〜3.11が、異なる材料、特に銅およびアルミニウムから形成されるため、それぞれに関係する正端子接触接続部2.1および負端子接触接続部3.1または正端子接触接続部2.2および負端子接触接続部3.2等は、オーバラップ部8において超音波溶接により接続されている。
【００３２】
端子接触接続部4.1〜4.11は、たとえば各端子接触接続部4.1〜4.11の2つの長手方向端部10、11に、はんだ接続によって回路基板9に固定されている。下方から高電流接続装置1に接続されるエネルギー貯蔵ユニットの対応する正端子/負端子と接触領域7、7'を接触させるために、スロット12、12'が、回路基板9に作製され、特にフライス加工されており、それを通して、エネルギー貯蔵ユニットの、対応して作製された正端子/負端子を挿入することができる。
【００３３】
スロット12、12'は、それぞれの端子接触接続部4.1〜4.11に加えて、それぞれに位置合わせされた接触領域7、7'と同一平面に平行に配置され、それにより、正端子/負端子は、押し通されると、対応する接触領域7、7'に可能な限り接触する。接触領域7、7'とエネルギー貯蔵ユニットの正端子/負端子との接続は、たとえば、接触領域7、7'の長手方向延長部に沿ったレーザ溶接によって行われる。
【００３４】
温度変動および他のサイズの変更を非破壊的に可能にするために、スロット12、12'は、それらの長手方向端部10、11において端子接触接続部4.1〜4.11の上からわずかに突出している。
【００３５】
端子接触接続部4.1〜4.11をさらに固定するために、回路基板9の開口部13に、留め具(図示せず)を挿入することができる。
【００３６】
回路基板9の印刷導体15は、各端子接触接続部4.1〜4.11から、ソケットを構成するモニタリング接続部14に至る。回路基板15は、たとえばそれぞれ位置合せされた端子接触接続部4.1〜4.11においてそれぞれのエネルギー貯蔵ユニットにおけるセル電圧または充電状態等のパラメータを引き出し（tap）、それらパラメータは、モニタリング接続部14に接続される又は接続可能な評価ユニットによって評価され、エネルギー貯蔵装置の制御/調整に使用される。
【符号の説明】
【００３７】
1  高電流接続装置
2.1〜2.11  正端子接触接続部
3.1〜3.11  負端子接触接続部
4.1〜4.11  端子接触接続部
5  底部
6、6'  脚部
7、7'  接触領域
8  オーバラップ部
9  回路基板
10、11  長手方向端部
12、12'  スロット
13  開口部
14  モニタリング接続部
15  印刷導体
16  端子
16p  端子接続部
17  端子
17p  端子接続部
18  列
19  列
【図１】
0005646516.tif 000002