CN102598420A - 用于和电气元件特别是电化学蓄能器建立接触的接触元件、布置和方法 - Google Patents

用于和电气元件特别是电化学蓄能器建立接触的接触元件、布置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于和一个或多个电气元件，例如电化学蓄能器(901、902)建立接触的接触元件(910)。所述接触元件(910)具有：第一扁平棱柱形的凹槽，其用于容纳一个或多个电气元件的连接元件，特别是容纳一个或多个电化学蓄能器的导电引线(903、904、905、906、907、908)；以及，第二扁平棱柱形的凹槽，其用于容纳导电体(912、913、914、915)。接触元件具有垂直于第一扁平棱柱形的凹槽和第二扁平棱柱形的凹槽的孔，其用于容纳固定件(909、911)。

Description

用于和电气元件特别是电化学蓄能器建立接触的接触元件、布置和方法
描述
本发明涉及一种用于和电气元件，特别是电化学蓄能器建立接触的接触元件、布置和方法。接触的概念在这里被理解为电气元件的电接头与其周边的电连接。
现有技术条件已知有大量针对和电气元件特别是电化学蓄能器建立接触的解决方案。但是这些已知的解决方法各有其特定的缺点。
因此本发明的主要任务在于，提供关于尽可能有效地且经济地实现和电气元件特别是电化学蓄能器建立接触的技术教导。
所述任务通过根据独立权利要求中任一项所述的产品或方法实现。从属权利要求提出了在保护范围内的本发明的一些优选的改进方案。
依据本发明，提出一种用于电气元件，特别是电化学蓄能器的接触元件，其被设计为不易变形的壳体，其中所述壳体具有至少一个基本上为扁平棱柱形的、用于容纳电气元件的连接元件特别是电化学蓄能器的导电引线的连接元件的第一凹槽；以及具有至少一个基本上垂直于所述第一凹槽的第一孔。
依据本发明，还提出了一种使用至少一个接触元件来和电气元件，特别是电化学蓄能器建立接触的布置，其中导电***于所述至少一个接触元件的至少一个第二凹槽内，所述导电体与开关元件连接。
依据本发明，还提出了一种用于和电气元件，特别是电化学蓄能器建立接触的方法，其中电气元件的至少一个连接元件，特别是电化学蓄能器的至少一个导电引线，被接触元件的至少一个第一凹槽容纳。
依据本发明，还提出了一种用于产生和电气元件，特别是电化学蓄能器建立接触的布置的方法，其中电气元件的至少一个连接元件，特别是电化学蓄能器的至少一个导电引线，被接触元件的至少一个第一凹槽容纳。
最后，依据本发明，提供了一种电气元件，特别是电化学蓄能器，或者和电气元件建立接触的布置，其根据上述方法建立接触或者产生。
联系本发明的描述，在下文中对所使用的概念进行阐述。
电气元件被理解为适用于通过与其他类型或者相同类型的电气元件连接到一起以便构建电路的任何设备，例如与电能荷载，电源，电学的、特别是电化学的蓄能器，或者与其他电气元件连接到一起的设备。
电化学蓄能器被理解为将按化学形式储存的能量转换为电学能量，并且将电学形式的能量提供给应用的任何设备。所述电化学蓄能器重要的例子是伽伐尼电池，或由多个伽伐尼电池组成的电池组，或所谓的燃料电池。一些电化学蓄能器是可充电的，也就是说向这些蓄能器输送的电能以化学形式存储。可充电的电化学蓄能器重要的例子是可充电的伽伐尼电池，其也被描述为二次电池。
用于电气元件，特别是电化学蓄能器的接触元件被理解为适用于在电气元件的至少一个端子与其应用周边(Anwendungsumgebung)之间产生电连接或者支持这种电连接的产生的任何产品。在此，电气元件的应用周边一般包括导体结构、电能荷载、电源和其他电气元件。
不易形变的壳体，特别是接触元件的不易形变的壳体被理解为一种物理对象，其物理形式或空间形式在电气元件，特别是电化学蓄能器的常规使用条件下，基本上维持不变。不易形变的壳体的例子是由坚固的金属材料或坚固的合成材料制成的壳体。
电气元件的连接元件理解为电气元件的结构元件，其实现了电气元件和其周边的电连接。电气元件的连接元件的例子是电化学蓄能器的导电引线。
电化学蓄能器的导电引线被理解为电化学蓄能器的结构元件，其连接电化学蓄能器内部的一个极性的电极，并且电连接从电化学蓄能器内部向外部延伸，从而使得在电化学蓄能器外部的物体能够与电化学蓄能器内部进行能量转换。此类导电引线通常被实现为是导电性的，并且通常被实现为金属片。因为电化学蓄能器通常包括具有两个极性的电极，电化学蓄能器通常使用至少两个导电引线。
用于容纳连接元件特别是容纳导电引线的、基本上为扁平棱柱形的凹槽被理解为接触元件壳体上的结构，该凹槽被设计为在其中能够至少部分地容纳电气元件的连接元件，特别是电化学蓄能器的导电引线。此类凹槽是在接触元件的壳体上的空腔。该凹槽可能的几何形状通常是具有两个平行的界面，这些界面通常大于该凹槽所有其他的界面。这种凹槽的例子是空腔，该空腔的大的平行面具有直角的、梯形的、半圆的或者三角的形状。
基本上垂直于凹槽的、接触元件壳体中的孔被理解为其轴基本上垂直于所述扁平棱柱形的凹槽的大的表面的孔。
开关元件被理解为利用其可以开关电流的电气元件、电子元件、电化学元件、或者光电元件、或者类似的元件。此处，电流的开关被理解为电流的接通或断开或者电流强度改变。
依据本发明的接触元件或者此类接触元件的壳体最好包括：至少一个用于容纳导电体的、基本上为扁平棱柱形的第二凹槽；以及，至少一个基本上垂直于所述第二凹槽的第二孔。其中，第二孔的轴不需要平行于第一孔的轴来定向，而是可以相对于第一孔的轴有任意的角度。
依据本发明的接触元件的壳体最好是导电的。本发明其他的实施方式中提出具有壳体的接触元件，该接触元件的壳体仅部分地由导电材料构成，而其他部分则由绝缘材料构成。本发明的这种实施方式特别有利之处在于，接触元件除了电接触还实现了其他结构性的功能，例如待接通的元件与其周边的机械结合；以及，连接元件应相对于周边实现至少部分地电绝缘，例如以便避免短路。
一种优选的依据本发明的布置是在电绝缘外壳中具有开关元件。本发明的其他实施方式提出了一种用于开关元件的外壳，该外壳至少部分地导电，并且在此种情况下最好被用于接触所述开关元件的一个或多个触点。
在优选的依据本发明的布置中提出，在外壳中安装所述开关元件或一个开关元件，所述外壳与至少一个接触元件的壳体形状配合地相连；与开关元件相连的导电***于所述接触元件的第二凹槽内。
在另一个优选的依据本发明的布置中提出，所述开关元件或一开关元件具有至少一个半导体元件。此类半导体元件优选的例子是形成所谓的金属-氧化物-半导体-场效晶体管(MOSFET)。
在另一个优选的依据本发明的布置中提出，所述开关元件或一开关元件具有至少一个机电元件。
在另一个优选的依据本发明的布置中提出，引导固定件穿过至少一个第一孔和/或第二孔，所述固定件最好具有螺栓。
在一个优选的依据本发明的方法中提出，引导固定件穿过至少一个第一孔和/或第二孔，所述固定件具有螺栓，通过螺栓的拧紧，附着力(Kraftschluss)作用在导电体特别是电化学蓄能器的导电引线与接触元件的壳体之间。
在此不能确切地或完全地描述的其他优选的实施方式，其通过上述优选的实施方式特征的组合可以得出。
以下依据优选的实施例并且借助附图进一步阐述本发明。在附图中：
图1示意性地示出与前述的本发明各种实施例有关的、所使用的电化学蓄能器的俯视图；
图2示出了图1中示出的电化学蓄能器，依据本发明优选的实施方式，所述电化学蓄能器在导电引线上具有接触元件；
图3示意性地示出依据本发明优选的实施方式的接触元件的两个视图(图3a、图3b)；
图4示意性地示出依据本发明优选的实施方式的接触元件的两个视图(图4a、图4b)；
图5示意性地示出依据本发明两个优选的实施方式的两个接触元件的视图(图5a、图5b)；
图6示意性地示出依据本发明两个优选的实施方式的两个接触元件的视图(图6a、图6b)；
图7示意性地示出依据本发明两个优选的实施方式的两个接触元件的视图(图7a、图7b)；
图8示意性地示出依据本发明两个优选的实施方式的两个接触元件的视图(图8a、图8b)；
图9示意性地示出依据本发明的布置的两个实施方式的视图(图9a、图9b)；
图10示意性地示出依据本发明的布置的一个实施方式的视图；
图11示意性地示出依据本发明的布置的两个实施方式的视图(图11a、图11b)；以及
图12示意性地示出依据本发明的布置的两个实施方式的视图(图12a、图12b)。
在图1中示意性地示出的电气元件特别是电化学蓄能器的实施例，其能够联系前述发明来应用。视图示出了蓄能器101，其例如是单个的伽伐尼电池或者燃料电池或者类似的电化学蓄能器单元，能够具有包装或者外壳102，连接元件从所述包装或外壳伸出，在电化学蓄能器的情况下所述连接元件是导电引线103、104，所述导电引线具有孔105。
连接元件或者导电引线最好是扁平金属的或者无论如何是导电性的金属片，其从外壳102伸出并且例如在蓄能器101内部与每个极性的电极进行电连接。导电金属片用于在电化学蓄能器与应用周边之间建立接触，通常还与连接着电能荷载或电源的导电引线建立接触。导电引线最好具有孔105以支持建立所述接触，其中固定件能够穿过孔105。
图2示出同类型的电化学蓄能器201，在该电化学蓄能器201的导电引线203、204上安装接触元件206，该接触元件206通过固定件205来固定。此处，最好将螺栓应用为固定件。通过最好形状配合的接触元件206的安装，能够将其紧固在电化学蓄能器201的外壳202上，导电引线203、204的弯曲通过垂直于图纸平面作用的力来消除。特别优选的是避免通常由于导电金属片的弯曲所产生的电化学蓄能器损伤。
在图2中示出的接触元件206同样用于保证从导电引线到应用周边的电流传递。在很多种情况下，所述接触元件206还用于改善从通常导热性良好的导体到应用周边的热传导或者改善应用周边的散热。此外，接触元件也用于机械组合，也就是说将电气元件装配到其周边。
然而，接触元件的主要任务是改善或者产生在电气元件的连接元件之间的，特别是在电化学蓄能器导电引线和其应用周边之间的电接触。这一般是通过在应用周边的导电体和接触元件之间低阻值的、最好是大面积的连接来实现。
如图3示意性地示出的，依据本发明的接触元件301具有不易变形的壳体，所述壳体具有至少一个凹槽302。图3a示出接触元件的透视图。图3b示出同一个接触元件的侧视图。凹槽用于使导电引线容纳在接触元件壳体中。因此，凹槽被设计成基本上扁平棱柱形的空腔，从而能够将最好以相同方式设计的基本上扁平棱柱形的连接元件203、204或导电引线203、204简单地***该凹槽中。为了改善电接触的建立，根据本发明提供至少一个孔304，该孔的轴基本上垂直于扁平棱柱形的凹槽。在第一孔304中***固定件303，最好是螺栓或类似物，从而使得在拧紧固定件时通过形状配合和力配合能够改善在导电引线和接触元件壳体之间的电连接以及最好还有热传导连接。
图4示出依据本发明的接触元件的另一个优选实施例，所述接触元件的壳体401除具有至少一个基本上扁平棱柱形的第一凹槽402(其包括最好垂直于该凹槽的孔403)之外，还具有至少一个在第一凹槽402侧面的用于容纳导电体的、基本上扁平棱柱形的第二凹槽407。垂直于该第二凹槽，壳体具有第二孔405，该孔405的轴基本垂直于第二凹槽的主平面。固定件406，最好是螺栓，能够***到孔405中，从而通过力配合且形状配合的连接在***第二凹槽407中的应用周边的导电体和接触元件之间产生特别强的电连接，以及最好还有良好的热传导连接。图4a示出接触元件的透视图。图4b示出同一个接触元件的侧视图。
总之，依据本发明的接触元件实现了特别好的电连接以及最好还有特别好的热传导连接，所述连接一边是在电气元件的连接元件，特别是电化学蓄能器的导电引线上，而另一边则是在应用周边的导体上，从而实现了特别好的导电性和特别高效的导热性。这基本上是通过使接触元件一边与导电引线而另一边与应用周边的外部导电体之间同时形状配合和力配合的连接来保证的。
在本说明书的范畴内示出的所有实施例中，接触元件的壳体最好由导电的并且导热性良好的材料制成。出于这一目的，最好是考虑金属材料。这类材料一方面具有足够的导电性和很高的传导性，而另一方面又由于通常其很高的形状稳定性而很突出。
本发明的其他实施例中提出了仅部分是由导电材料制成的接触元件。当例如接触元件需要产生到达应用周边的导体的导电连接，但是同时该接触元件又用作电化学蓄能器相对外壳结构或者安装技术结构的绝缘时，使用上述接触元件是有益的。在这种情况下，接触元件的壳体并不完全由导电材料制成，第一和第二凹槽的相应周边始终由导电材料制成，以保证在电化学蓄能器导电引线和要与之相连的应用周边的导体之间的电流传递以及(如果需要的话)尽可能高效的热传递。
在一些应用中值得考虑的是，将在电气元件的连接元件502，例如电化学蓄能器的导电引线502和其应用周边之间的电连接设计为是可断开的。在这些情况下，本发明提出了如图5b所示的实施方式，其特征是开关元件505，该开关元件505的端子509、510一边与接触元件501电连接而另一边则与应用周边电连接。其中，与应用周边的连接最好通过具有一个或多个凹槽的接触元件507来实现，所述凹槽容纳了开关元件的端子510并且与应用周边的导体508电连接。这些最好是借助孔506和***到该孔中的固定件来实现。这一布置相应于图5a中关于应用周边的布置503、508。
这种开关元件通常优选地设置在绝缘外壳504中，所述绝缘外壳504最好与至少一个接触元件501、507的壳体501形状配合地相连，导电体509、510位于其凹槽里，所述导电体与开关元件505连接。本发明优选的实施方式的优势在于，一边在接触元件与开关元件之间的电连接，和另一边在应用周边507与开关元件之间的电连接，能够针对弯曲由此造成的损坏进行保护，所述弯曲和损坏是由垂直作用于上述元件的连接轴的力引起的。
图6示意性地示出了本发明的两个实施方式(图6a、图6b)，其很大程度上对应于图5示出的实施方式(图5a、图5b)，其中图6的实施方式(图6a、图6b)示出了一些接触元件，其壳体具有两个第一扁平棱柱形的凹槽601、602、603、604。这些第一扁平棱柱形的凹槽601、602、603、604用于容纳和导电连接地接触一个或两个电气元件中的两个要导电连接的连接元件。通过至少部分由导电材料制成的接触元件的壳体，连接元件与周边的一个导电体608连接，或者与开关元件605的第一端子609连接，所述开关元件605最好放置在电绝缘的外壳606中，并且其第二端子610最好通过接触元件607与周边的一个导电体608连接。
在图7中示出的实施例(图7a、图7b)与在图5中示出的实施例(图5a、图5b)不同，其区别在于，接触元件或者开关元件与电应用周边的两个导电体701、702、703、704连接。类似地，在图8中示出的实施例(图8a、图8b)与在图6中示出的实施例(图6a、图6b)不同，其区别在于，存在着电连接周边(Anbindungsumgebung)的两个导电体801、802、803、804。本发明的这些实施方式和类似实施方式优选地在如下情况中使用，即多个电气元件互连的类型和方式，例如在并联线路中，需要连接元件与应用周边的两个或多个导电体之间的电连接，或者有目的地生成这样一个电连接。
图9示意性地示出依据本发明的布置的两个实施方式，其中，电气元件，例如电化学蓄能器901、902各自有两个(图9a)或四个连接元件(图9b)，例如导电引线903、904、905、906、907、908借助接触元件910建立接触，所述接触元件910借助固定件909、911最好地将相应的连接元件，例如电化学蓄能器的导电引线与应用周边的导电体912、913、914、915、916、917、918、919力配合地且形状配合地连接。
图10示出依据本发明的布置的其他实施方式，其中，多个电化学蓄能器1001、1002、1003、1004、1005借助根据本发明不同实施方式的、依据本发明的接触元件与凹槽1006、1008和孔1007、1009和1011连接成串联电路，这些电化学蓄能器通过导电体1010与应用周边建立连接。
图11示出本发明的两个其他的实施方式(图11a、图11b)，其中，最好是接触元件的导电壳体1101在一个侧面上最好设有电绝缘的合成材料板1102。孔1107最好垂直于其中能够***连接元件1103或者其他导电体1106的第一和第二凹槽，固定件1104、1105能够被引导穿过所述孔1107，所述固定件优选地包括螺栓1104。
这些实施方式中的一个(图11b)具有开关元件1108，所述开关元件1108最好设置在电绝缘的外壳1110内，该外壳1110的端子1109、1111能够***到相邻接触元件的凹槽内。合成材料板能够用于接触元件的机械固定或者由接触元件和开关元件组成的布置的机械固定。合成材料板同样能够用来相对于应用周边中的一部分电绝缘，所述应用周边中的一部分应当不具有与所述布置接触的连接元件相同的极性。
最好提供螺栓1104作为固定件，以便不仅实现特别简单的和与建立尽可能好的电接触有关的安装，而且实现依据本发明的接触元件或相应布置的非常有效的安装。出于这一目的，相应的接触元件***到电气元件的待建立接触的连接元件中。随后，例如内六角扳手(Inbus-Schlüssel)能够被引导穿过孔，并且螺栓可被拧紧，直到达到所需要的接触力。
图12示出本发明的另外两个实施方式(图12a、图12b)，其中，接触元件中的最好是导电的壳体1201在其一个侧面上配有最好电绝缘的合成材料板1202。孔1207最好垂直于第一和第二凹槽，连接元件1203、1214或者其他导电体1206可以***所述凹槽中，固定件1204、1205能够被引导穿过所述孔，所述固定件最好包括螺栓1204。此处与图11的区别在于，两个凹槽1203、1214与一个或两个电气元件中的两个连接元件同时建立接触。
这些实施方式中的一个(图12b)具有开关元件1208，所述开关元件1208最好安装在电绝缘的外壳1210内，所述外壳1210的端子1209、1211能够***到相邻接触元件的凹槽内。
合成材料板能够用于接触元件的机械固定或者由接触元件和开关元件组成的布置的机械固定。合成材料板同样能够用于针对应用周边中的一部分进行绝缘，所述应用周边中的一部分不具有和所述布置接触的连接元件相同的极性。
最好提供螺栓1204作为固定件，以便不仅实现特别简单的和与建立尽可能好的电接触有关的安装，而且实现依据本发明的接触元件或相应布置的非常有效的安装。在相应的实施方式中，螺栓可以向左或向右拧紧，直到达到所需要的建立与上部和下部连接元件的电接触的接触力。此外有利的是，在安装时螺栓交替地向左或向右拧紧。
在本发明所有相应的实施方式中，开关元件最好被实现为半导体元件或者机电元件。特别优选的是应用金属-氧化物-半导体-场效晶体管(MOSFET)，其所谓的源极端子或漏极端子最好一方面与接触元件连接，而另一方面与电学的应用周边连接。MOSFET是有源的半导体元件。其被用作压控电阻。MOSFET具有三个端子：控制电极(英语：栅极)，以及被称作源极和漏极的电极。在一些结构型式中，有额外的端子(块体、基底)向外部延伸。然而，块体(Bulk)通常在内部与源极连接。使用具有分离的块体端子的MOSFET，当基底端子(在n沟道MOSFET中)保持在小于交流电压时，较小的交流电压在源极和漏极之间可控制和切换。
在与本发明有关的应用中，所谓的功率MOSFET是特别适用的。功率MOSFET是一种特殊模式的金属-氧化物-半导体-场效晶体管(MOSFET)，该功率MOSFET为了导通和截止大的电流和电压而进行了优化，其用于达到数百安培的电流强度，达到约1000伏特的电压。
功率MOSFET在工作原理和效率上都有别于双极功率晶体管。功率MOSFET的若干优点包括有：快速开关时间，没有二次击穿，以及稳定的放大时间和响应时间。具有约1A以上载流能力的MOSFET归为功率MOSFET。这些特征使功率MOSFET特别适用于本发明的各个实施例。
在本发明其他的实施方式中，当例如需要断开所述蓄能器里的单个电化学蓄能器和导通与之相邻的电化学蓄能器时，可以考虑使用两个或多个半导体元件或机电元件的组合线路来作为开关元件。
在应用可电学控制的开关元件，例如机电开关或者半导体元件开关时，优选的是，根据借助在电化学蓄能器上或电化学蓄能器内的传感器所测量到的温度来实现电学控制，从而可实现根据其温度来导通和断开单个电化学蓄能器。

Claims (14)

1.一种接触元件(206)，其被设计为不易变形的壳体(301、401、501)，用于电气元件(101、102)，特别是用于电化学蓄能器(101、201)，
其特征在于，
所述壳体具有：至少一个基本上为扁平棱柱形的第一凹槽(302、402)，其用于容纳电气元件的连接元件，特别是用于容纳电化学蓄能器的导电引线(103、104、203、204、502、601、602、603、604)的连接元件；以及，至少一个基本上垂直于所述第一凹槽的第一孔(304)。
2.根据权利要求1所述的接触元件，
其特征在于，
所述壳体具有：至少一个基本上为扁平棱柱形的第二凹槽(407)，其用于容纳导电体(508、608)；以及，至少一个基本上垂直于所述第二凹槽的第二孔(405)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的接触元件，
其特征在于，
所述壳体是能导电的。
4.一种用于和电气元件，特别是电化学蓄能器建立接触的布置，该布置具有至少一个根据上述权利要求中任一项所述的接触元件，
其特征在于，
导电体(509、609)位于至少一个接触元件中的至少一个第二凹槽内，所述导电体(509、609)与开关元件(505、605)连接。
5.根据权利要求4所述的布置，
其特征在于，
所述开关元件或一开关元件安装在电绝缘的外壳(504、606)内。
6.根据权利要求4或5所述的布置，
其特征在于，
所述开关元件或一开关元件(505、605)安装在外壳(504、606)内，所述外壳(504、606)与至少一个接触元件的壳体(401)形状配合地相连，与所述开关元件连接的导电体(509、609)位于所述至少一个接触元件的第二凹槽(407)中。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的布置，
其特征在于，
所述开关元件或一开关元件具有至少一个半导体元件。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的布置，
其特征在于，
所述开关元件或一开关元件具有至少一个机电元件。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的布置，
其特征在于，
固定件(1104、1105、1107)被引导穿过至少一个第一孔和/或第二孔，所述固定件(1104、1105、1107)包括螺栓(1104、1105、1107)。
10.一种生产接触元件的方法，用于生产根据权利要求1至3中任一项所述的接触元件，
其特征在于，
铣出至少一个第一凹槽和/或第二凹槽。
11.一种用于和电气元件，特别是电化学蓄能器建立接触，或者是用于产生根据权利要求4至9中任一项所述的布置的方法，
其特征在于，
由接触元件的至少一个第一凹槽，特别是由根据权利要求1至3中任一项所述的接触元件的至少一个第一凹槽来容纳电气元件的至少一个连接元件，特别是电化学蓄能器的导电引线。
12.根据权利要求11所述的方法，用于产生根据权利要求9所述的布置，
其特征在于，
固定件被引导穿过至少一个第一孔和/或第二孔，所述固定件具有螺栓，通过螺栓的拧紧，附着力作用在导电体特别是电化学蓄能器的导电引线与接触元件的壳体之间。
13.一种电气元件，特别是电化学蓄能器，其使用根据权利要求10至12中任一项所述的方法建立接触。
14.一种用于和电气元件，特别是电化学蓄能器建立接触的布置，其根据权利要求10至12中任一项所述的方法来产生。
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