(57)【要約】      （修正有）【課題】電気コンタクト素子および相手コンタクトへの物質的に結合された導電接続を形成する方法に関し、境界抵抗を低減させる端子、電気接続方法及び応用対象としての電気自動車のマルチセル電池向けのセルコネクタを提供する。【解決手段】電気接続２４の境界抵抗を最小にするために、コンタクト素子１２は接触面上に少なくとも１つの凹部２６を備える。接触面は電気接続が形成されるべき相手コンタクト６に対向して位置する。硬質はんだから形成されたはんだ付け体２８が、凹部内へ圧入され、それにより凹部から接触面を越えて突出する。はんだ付け体は、好ましくは成形部品であり、好ましくは凹部を完全に充填する。任意選択のセンタリング・デバイス３６が、硬質はんだから形成されたはんだ付け体を溶融するときにコンタクト素子および相手コンタクトが押し流されるのを防止する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手コンタクト（６）への物質的に結合された導電接続（２４）を形成する電気コンタクト素子（１２）であって、前記コンタクト素子（１２）の接触面（２２）に少なくとも１つの凹部（２６）が位置し、硬質はんだから形成されたはんだ付け体（２８）が、前記凹部（２６）内へ圧入され、前記凹部（２６）から前記接触面（２２）を越えて突出している、電気コンタクト素子（１２）。
【請求項２】
前記はんだ付け体（２８）は、成形部品である、請求項１に記載の電気コンタクト素子（１２）。
【請求項３】
前記接触面（２２）、前記凹部（２６）、および／または前記はんだ付け体（２８）は、環状である、請求項１または２に記載の電気コンタクト素子（１２）。
【請求項４】
前記接触面（２２）は、前記接触面（２２）から前記はんだ付け体（２８）に対して平行に前記接触面（２２）を越えて突き出る少なくとも１つの突起（３４）を有している、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気コンタクト素子（１２）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの突起（３４）は、前記はんだ付け体（２８）を越えて突き出ている、請求項４に記載の電気コンタクト素子（１２）。
【請求項６】
コンタクト素子（１２）および相手コンタクト（６）に特に電気自動車の電池のセルを接続するための電気接続（２４）であって、前記相手コンタクト（６）およびコンタクト素子（１２）は、接触面（２２）で互いに硬質はんだ付けされ、前記コンタクト素子（１２）は、前記接触面（２２）上に少なくとも１つの凹部（２６）を備え、前記硬質はんだから形成されたはんだ付け体（２８）が、前記凹部（２６）内に位置し、前記接触面（２２）の前記硬質はんだ接続を形成している、電気接続（２４）。
【請求項７】
互いに相補形に構成されかつ互いに係合する少なくとも１つの突起（３４）および少なくとも１つのレセプタクル（３８）を有するセンタリング・デバイス（３６）が存在している、請求項６に記載の電気接続（２４）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの突起（３４）と前記関連する相補形のレセプタクル（３８）との間に、硬質はんだが位置している、請求項７に記載の電気接続（２４）。
【請求項９】
前記相手コンタクト（６）および前記コンタクト素子（１２）は、ねじ接続（１６）によって互いに押し付けられている、請求項６から８のいずれか一項に記載の電気接続（２４）。
【請求項１０】
請求項６から８のいずれか一項に記載の電気接続（２４）を有している、電気自動車のマルチセル電池向けのセルコネクタ（１）。
【請求項１１】
硬質はんだから形成されたはんだ付け体（２８）によって、相手コンタクト（６）と、接触面（２２）内に凹部（２６）を有する電気コンタクト素子（１２）との間に、硬質はんだ付けされた電気接続（２４）を形成する方法であって、前記はんだ付け体（２８）は、前記凹部（２６）内へ圧入され、前記接触面（２２）から突出し、前記コンタクト素子（１２）および相手コンタクト（６）は、前記接触面（２２）で互いに押し付けられ、前記はんだ付け体（２８）は、加熱および溶融される、方法。
【請求項１２】
加熱が誘導により実施される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
加熱および互いに対する押し付けが、シールドガス雰囲気中で実施される、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの突起（３４）および前記突起（３４）に対して相補形のレセプタクル（３８）を有するセンタリング・デバイス（３６）を介して、前記相手コンタクト（６）および電気コンタクト素子（１２）に対するセンタリングが行われ、前記突起および前記凹部は、前記はんだ付け体（２８）が前記相手コンタクト（６）上に位置する前に係合する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記相手コンタクト（６）および電気コンタクト素子（１２）は、ねじ接続（１６）によって互いに押し付けられる、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気コンタクト素子、および、相手コンタクトへの物質的に結合された導電接続を形成する方法に関する。さらに、本発明は、コンタクト素子および相手コンタクトへの電気接続、ならびにそのような電気接続を有する電気自動車のマルチセル電池向けのセルコネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、電気自動車の電池は複数のセルを有し、これらのセルはいずれの場合も、大電流を生成し、直列に接続される。これらのセルは、多くの場合、モジュールと呼ばれる。個々のセルを接触させるワイヤは、セルコネクタによってまとめられる。電流が大きいことから、これらの電気ワイヤは大きな断面を有しており、これらの接続には大きな力が必要である。電気導体は通常、２つの導体間に取り付けられたねじ接続およびコンタクト素子によって互いに押し付けられる。いくつかの設計では、この場合ねじは、電気導体およびコンタクト素子を貫通する。
【０００３】
高直流電流のために典型的には重くて硬い電気導体を動かすためだけでなく、表面の凸凹を平らにし、互いに押し付けられた導体およびコンタクト素子の接触面の弾性変形によって可能な限り広範囲にわたるオーバーレイを実現するために、より大きな接触圧力が必要である。電気コンタクト素子と相手コンタクトとして働く電気導体とが互いに当接する表面が大きければ大きいほど、境界抵抗は小さくなる。境界抵抗を小さくすることによって、電気損失を低減させることができ、セルコネクタは過度に加熱されなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この実証された技法にもかかわらず、境界抵抗を低減させる方法が引き続き求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、上述した電気コンタクト素子に対して、コンタクト素子の接触面に凹部が位置し、硬質はんだから形成されたはんだ付け体が、凹部内へ圧入され、この凹部から接触面を越えて突出することによって実現される。
【０００６】
上述した電気接続は、本発明によれば、相手コンタクトおよびコンタクト素子が、接触面で互いに硬質はんだ付けされ、コンタクト素子は、接触面に少なくとも１つの凹部を備え、硬質はんだから形成されたはんだ付け体が、この凹部内に位置し、接触面の硬質はんだ接続を形成することを特徴とする。本発明によるセルコネクタは、そのような電気接続を有する。
【０００７】
上述した方法によれば、境界抵抗の低減は、相手コンタクトと電気コンタクト素子との間の硬質はんだ付けされた電気接続によって実現することができ、電気コンタクト素子の接触面に凹部が設けられ、硬質はんだから形成されたはんだ付け体が、凹部内へ圧入され、接触面から突出し、コンタクト素子および相手コンタクトは、接触面で互いに押し付けられ、はんだ付け体は、加熱および溶融される。
【０００８】
硬質はんだの使用により、物質的に結合された電気接続もまた、損傷なく最も大きい接触圧力に耐えることが確実になる。同時に、硬質はんだ接続の結果、従来実行されてきた圧力の単なる印加によって実現することができる場合より境界抵抗が小さくなる。接触面の凹部内にはんだ付け体を取り付けることによって、硬質はんだは、はんだ付けプロセス中に必要とされる位置に精密に配置される。これは、コンタクト素子の外側からの硬質はんだ付けの場合のように、まず毛管作用によってはんだ付け間隙を通って硬質はんだを吸引し、次に接触面にわたって分散させる必要はないことを意味する。
接触面内の凹部内に硬質はんだを事前に設けることで、接触面にわたって硬質はんだをより均一に分配することが可能になる。硬質はんだを凹部内へ圧入することによって、接触面の上のはんだ付け体の張り出し、したがってはんだ付け間隙内のはんだの量を正確に判定することができる。コンタクト素子および相手コンタクトの互いに対する開始位置、ならびに押圧プロセスおよびはんだ付けプロセス中の終了位置は、この張り出しによって精密に画定される。終了位置は、はんだ付け体の張り出し内の材料の量、および湿らせる接触面のサイズ、および接触圧力から明らかになる。
【０００９】
コンタクト素子は、好ましくは、電気自動車内で高直流電流を流すために、特に電池セルを接続するために使用される。本発明は、互いに独立してそれぞれ有利である以下の発展形態によってさらに改善することができる。
【００１０】
したがって、はんだ付け体は、成形部品、たとえば焼結部品、鋳造部品、もしくは塑性変形によって生成された部品であり、かつ／または特に凹部に対して相補形に構成されることが有利である。成形部品としての構成および／または凹部に対して相補形の構成により、圧入プロセスを精密に実施することが可能になり、特に接触面からのはんだ付け体の張り出しに関して、厳密な公差を維持することが可能になる。
【００１１】
凹部は、好ましくは、空気ポケットがなく、または無視できるほどの空気ポケットしかなく、はんだ付け体が凹部と全面接触するように、完全に充填される。全面接触により、小さな境界抵抗が確実になる。
【００１２】
接触面またはコンタクト素子全体は、好ましくは、環状に構成される。凹部は、環状溝とすることができ、はんだ付け体は、環形とすることができる。この構成により、たとえばリベットまたはねじがこの環状体を通って延びる電気接続の使用が可能になる。
【００１３】
接触面、環状溝、および／またははんだ付け体は、互いに対して同心円状に配置することができる。環状溝は、好ましくは、コンタクト素子の端面上に位置し、または接触面は、コンタクト素子の端面を形成する。
【００１４】
当然ながら、コンタクト素子は、複数の接触面を有することもでき、各接触面に少なくとも１つの凹部が設けられ、この凹部内へはんだ付け体が圧入され、それぞれの接触面から突出する。たとえば、環状コンタクト素子の２つの端面に、対応するはんだ付け体を設けることができ、それにより硬質はんだ付けされた接続を両側に生成することができる。
【００１５】
接触面は、接触面からはんだ付け体に対して平行に突出する少なくとも１つの突起を有することがさらに有利である。そのような突起は、電気コンタクト素子を相手コンタクトに対して位置合わせするように構成されたセンタリング・デバイス（ａ  ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）の一部とすることができる。たとえば、相手コンタクト上に、突起に対して相補形に構成されたレセプタクルが存在することができ、突起およびレセプタクルは、全面的に硬質はんだ付けされた接続で、互いに係合する。
【００１６】
少なくとも１つの突起は、好ましくは、はんだ付け体を越えて突き出る。これにより、はんだ付け体が相手コンタクトに当たる前に、コンタクト素子および相手コンタクトのセンタリングが可能になる。このようにして、はんだ付け体が溶融されたとき、溶融物上のコンタクト素子および相手コンタクトがその位置から流れ出ることが防止される。
【００１７】
突起は、好ましくは環状であり、たとえば円周カラーであり、接触面、環状溝、およびはんだ付け体の少なくとも１つに対して特に同心円状に延びることができる。突起は、はんだ付け体によって径方向外方を取り囲むことができ、それにより硬質はんだが中心開口内へ流れ込むのを阻止または防止する障壁を形成する。その結果、それによってリベットまたはねじが誤ってはんだ付けされることまたは開口に嵌らなくなることを回避することができる。
【００１８】
コンタクト素子と相手コンタクトとの間の全面的にはんだ付けされた接続の場合、１つの構成によれば、少なくとも１つの突起と関連する相補形の凹部との間に硬質はんだが位置し、その結果、電流を伝送する表面がさらに増大する。
【００１９】
硬質はんだ接続をさらに機械的に固定するために、特に事前にはんだ付けされた状態で、相手コンタクトおよびコンタクト素子をねじ接続によって互いに押し付けることができる。
【００２０】
さらに、はんだ付け体を受け取る凹部は、好ましくは、全面的に硬質はんだ付けされた接続の場合、硬質はんだによって完全に充填され、それにより凹部の表面全体が、電流を導入するために利用可能になる。
【００２１】
加熱は、好ましくは誘導によって行われ、コンタクト素子および／または相手コンタクトも加熱することができる。
【００２２】
はんだ付け体および／または電気コンタクト素子には、融剤を事前に提供することができる。それにもかかわらず、融剤によって引き起こされる接触面に対する腐食を回避するために、コンタクト素子および相手素子を加熱し、互いに押し付けることが、シールドガス雰囲気中で実施されることが好ましい。この場合、融剤は必要ない。
【００２３】
硬質はんだの溶融中、および／または硬質はんだが溶融されているときに、相手コンタクトおよびコンタクト素子を押し付け合うことは、好ましくは、電気接続のねじによる保持によって実施され、ねじは、たとえば、環状コンタクト素子の場合、この環形またははんだ付け装置の押圧要素を通って延び、それによりコンタクト素子および相手コンタクト素子に作用する。シールドガス雰囲気を生成するために、はんだ付け装置は、コンタクト素子および相手コンタクト、またはむしろ電気接続を密閉する覆いを有することができる。
【００２４】
以下、本発明について、添付の図を参照する例示的な実施形態を使用してより詳細に説明する。話を簡単にするために、個々の図において、設計および／または構造に関して互いに対応する要素には、同じ参照番号を使用する。上記によれば、例示的な実施形態に図示および記載する個々の特徴は、当然ながら、特定の応用例においてそれぞれの特徴に関連する技術的な作用が重要でない場合、省略することもできる。逆に、以下の例示的な実施形態に図示または記載しない上述した特徴もまた、この特徴に関連する技術的な作用が重要でない場合でも、追加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるセルコネクタの概略断面図である。
【図２】硬質はんだ付けされていない状態の本発明によるコンタクト素子およびチェーンリンクの概略断面図である。
【図３】本発明によるコンタクト素子および相手コンタクトの硬質はんだ付けされた電気接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、特にマルチセル自動車において、自動車用電池（図示せず）の個々のセルまたはモジュールを直列に電気的に接続する働きをするセルコネクタ１を示す。矢印２によって電流の流れを概略的に示す。第１の電気導体４が、セルコネクタ１によって第２の電気導体６に電気的に接続される。第２の電気導体６をここでは相手コンタクトと呼ぶ。セルコネクタ１は、接地接続８をさらに有し、接地接続８は、導体４、６から電気的に分離され、セルコネクタ１のハウジング１０に電気的に接続される。セルコネクタ１は、ここでは環状であるコンタクト素子１２を有し、任意選択で、たとえばやはり環状であるさらなるコンタクト素子１４を有する。
【００２７】
コンタクト素子１２は、導体４、６間に位置し、相手コンタクトである導体６上に置かれる。導体４、任意選択のコンタクト素子１４、コンタクト素子１２、および相手コンタクト６から構成されるパッケージは、小さい境界抵抗および機械的に強固な接続を有する全面オーバーレイを得るために、ねじ接続１６を介してともに押し付けられる。ねじ接続１６は、素子２、１２、１４（あれば）、および６を通って延びる。ねじ接続１６は、接触防止物である絶縁体１８によって外方から電気的に絶縁される。
【００２８】
境界抵抗を低減させるために、コンタクト素子１２は、相手コンタクト６に硬質はんだ付けされる。これについて、図２および図３を参照して例として以下でより詳細に説明する。
【００２９】
コンタクト素子１２は、完全に形成された電気接続２４（図３）において相手コンタクト６に対向して位置する接触面２２を有する。
【００３０】
コンタクト素子１２は、少なくとも１つの凹部２６を備え、硬質はんだから形成された少なくとも１つのはんだ付け体２８が、凹部２６内へ圧入される。凹部２６は、溝状とすることができる。コンタクト素子１２が、たとえば環状である場合、したがって凹部２６は、特にコンタクト素子または環状接触面２２に対して同心円状の環状溝として構成することができる。
【００３１】
はんだ付け体２８は、好ましくは、成形部品、たとえば焼結部品、鋳造部品、または硬質はんだから形成されて塑性変形によって生成された部品である。はんだ付け体２８は、空気ポケットなく可能な限り遠くまで充填するように、凹部２６内へ全面的に圧入されるべきである。これは、コンタクト素子内へ圧入する前に、凹部２６の断面に対して相補形の断面形状を事前に有するはんだ付け体２８によって簡略化することができる。はんだ付け体２８と凹部２６またはコンタクト素子１２との間のそのような全面接触によって、はんだ付け体２８とコンタクト素子１２との間の境界抵抗を小さく抑えることができる。
【００３２】
圧入されたはんだ付け体２８は、張り出し３０だけ接触面２２を越えて突き出る。接続２４が全面的に硬質はんだ付けされるとき、張り出し領域３２内に含まれる硬質はんだの量によって、コンタクト素子１２と相手コンタクト６との間に位置する硬質はんだの量が決まる。したがって、公差が狭い寸法を有するはんだ付け体２８および凹部２６を使用することによって、一定の量の硬質はんだを常に供給することができる。これについて、図３を参照して以下で説明する。
【００３３】
コンタクト素子１２は、コンタクト素子１２および相手コンタクト６を位置合わせする働きをする突起３４を有することができる。突起３４は、張り出し３０に対して平行にまたは張り出し３０の方向に、接触面２２から突出する。
【００３４】
突起３４は、カラー状に構成することができる。突起３４はまた、特に凹部２６および／または接触面２２が環状である場合、環状に延びることができ、また好ましくは接触面２２に対して同心円状に延びることができる。そのような場合、突起３４をはんだ付け体２８によって取り囲むことができる。
【００３５】
はんだ付け体２８は、突起３４に当接することができ、それにより突起３４は、ガイドを形成し、はんだ付け体２８は、このガイドに沿って凹部２６内へ挿入および圧入される。
【００３６】
突起３４は、突起３４に対して相補形に構成され、特に突起３４内に係合するレセプタクル３８と協働することによって、センタリング・デバイス３６の一部をなす。図示の例示的な実施形態では、この凹部は、相手コンタクト６の中心開口４０であり、コンタクト素子１２の中心通路４２と位置合わせされる。開口４０および通路４２は、ねじ接続１６（図１）の挿入のために使用することができる。
【００３７】
はんだ付け体２８が相手コンタクト６につく前に、コンタクト素子１２および相手コンタクト６の位置合わせを事前に行うために、突起３４は、はんだ付け体２８を越えて突き出る。このようにして、はんだ付け体２８が相手コンタクト６に当接する前に、位置合わせを事前に行うことができる。
【００３８】
当然ながら、突起３４はまた、相手コンタクト６上に配置することもできる。異なる形で構成された他のセンタリング・デバイス、たとえば相互に係合する歯部／または相互に係合するピンおよびレセプタクルも可能である。
【００３９】
はんだ付け体２８が相手コンタクト６上に位置する図２に示す相手コンタクト６およびコンタクト素子１２の相対位置の前または後に、はんだ付け体２８は、好ましくは誘導加熱される。この場合、相手コンタクト６および／またはコンタクト素子１２もそれによって加熱することができる。渦電流のためにまず張り出し領域３２内で生じるはんだ付け体の溶融が始まるとすぐに、接触圧力４４の作用を受けたコンタクト素子１２および相手コンタクト６は、はんだ付け間隙４６が低減されるにつれて互いの方へ動き始める。溶融した硬質はんだは、はんだ付け間隙４６内へ押し込まれて、はんだ付け間隙４６内に広がる。センタリング・デバイス３６によって、接触面２２に対して平行な方向に溶融した硬質はんだ上で相手コンタクト６またはコンタクト素子１２が横方向に押し流されることが回避される。同時に、図示の実施形態では、カラー状の突起３４は、硬質はんだに対する障壁として働き、局部的に増大した流体抵抗によって、硬質はんだが相手コンタクト６の中心開口４０に入るのを抑止する。
【００４０】
融剤は、はんだ付け体２８の一部とすることができ、またははんだ付け体２８が溶融される前に、はんだ付け体２８、相手コンタクト６、および／もしくはコンタクト素子１２上へ塗布することができる。しかし、少なくともはんだ付け体２８の溶融は、好ましくは、シールドガス雰囲気中で行われ、したがって融剤を不要にすることができる。
【００４１】
全面的に硬質はんだ付けされた電気接続２４において、凹部２６は引き続きはんだ付け体２８によって、好ましくは完全に充填され、それにより凹部２６の表面全体がはんだ付け体２８によって接触され、可能な限り最も小さい境界抵抗が得られる。好ましくは、硬質はんだが凹部２６から流れ出すのを防止するために、相手コンタクト６とコンタクト素子１２との距離に応じて、加熱が制御される。硬質はんだは、好ましくは、硬質はんだが流れ出すのを防止するために、はんだ付け間隙４６が十分に小さくなった場合にのみ、完全に液化される。
【００４２】
完成した電気接続において、硬質はんだは、センタリング・デバイス３６内にも位置する。
【００４３】
溶融した張り出し領域３２のサイズが一定であることによって、複数のコンタクト素子１２による完全な接続２４で、はんだ付け間隙４６のサイズは常に同じままであるため、高い製造品質を実現することができる。電気接続の高さは、わずかにしか変動しない。
【００４４】
はんだ付けプロセスの初めに、硬質はんだは、はんだ付け間隙４６内に事前に配置されており、まず毛管作用によって外側からはんだ付け間隙内へ吸引されるべきではなく、これによりはんだ付け間隙における硬質はんだの均一の分配が保証される。
【符号の説明】
【００４５】
１  セルコネクタ
２  電流の流れ
４  第１の電気導体
６  第２の電気導体、相手コンタクト
８  接地接続
１０  ハウジング
１２  電気コンタクト素子
１４  さらなる任意選択のコンタクト素子
１６  ねじ接続
１８  絶縁体
２２  接触面
２４  電気接続
２６  凹部
２８  はんだ付け体
３０  はんだ付け体の張り出し
３２  張り出し領域
３４  突起
３６  センタリング・デバイス
３８  レセプタクル
４０  中心開口
４２  中心通路
４４  接触圧力
４６  はんだ付け間隙
【図１】
2018170274.tif 000003
【図２】
2018170274.tif 000004
【図３】
2018170274.tif 000005
【外国語明細書】
2018170274000001.pdf