CN108695602A - 电触头元件和用硬焊料制成的压入焊接体形成到配合触头的硬焊料焊接导电连接部的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于形成到配合触头的材料结合的导电连接部的电触头元件、这一类型的电连接部和具有这样的电连接部的用于电动车辆的多单体电池的单体连接器。本发明还涉及形成这种硬焊料焊接的电连接部的方法。为使电连接部的过渡电阻最小化，触头元件设有在接触表面上的至少一个凹陷部。接触表面定位成与配合触头相对，并与所述配合触头形成电连接部。硬焊料制成的焊接体被压入凹陷部中，使得其在接触表面之上伸出凹陷部。焊接体优选地是模制部件，并且优选地完全填充凹陷部。可选的定心装置阻止触头元件和配合触头在熔化硬焊料制成的焊接体时被冲掉。

Description

电触头元件和用硬焊料制成的压入焊接体形成到配合触头的 硬焊料焊接导电连接部的方法
技术领域
本发明涉及电触头元件，以及形成到配合触头的材料结合的导电连接部的方法。另外，本发明涉及到触头元件和配合触头的电连接部，以及具有这样的电连接部的用于电动车辆的多单体电池的单体连接器。
背景技术
电动车辆的电池通常具有在各个情况下生成高电流并且串联连接的多个单体。单体通常也称为模块。接触单个单体的电线借助于单体连接器组合。由于高电流，电线具有大的横截面，使得它们的连接需要较大的力。电导体通常借助螺旋连接和安装在两个导体之间的触头元件而被推压抵靠彼此。在一些设计中，螺钉在这一情况下穿过电导体并且也穿过触头元件。
较高的接触压力不仅被需要以用于移动因为高直流电而通常沉重且刚硬的电导体，而且还被需要以用于平整表面的不平坦，并实现通过被推压抵靠彼此的导体的接触表面和触头元件的接触表面的弹性形变而尽可能延展的叠置。电触头元件和充当配合触头的电导体彼此邻接所经由的表面越大，则过渡电阻越低。借助于低的过渡电阻，可以减小电气损耗，并且单体连接器不会过度升温。
尽管已经证明这一技术，但正在寻求减小过渡电阻的方式。
发明内容
通过触头元件的接触表面上的凹陷部、以及被压入凹陷部中并在接触表面上伸出凹陷部的硬焊料制成的焊接体，对于上述电触头元件实现了这一目的。
根据本发明的上述电连接部具有实质性特点，其在于，配合触头和触头元件在接触表面上彼此硬焊料焊接(hard-soldered)，触头元件设置在接触表面上，接触表面具有至少一个凹陷部，采用硬焊料制成并形成接触表面的硬焊料焊接连接的焊接体被定位在所述凹陷部中。根据本发明的单体连接器具有这样的电连接部。
根据上述的方法，可以通过在配合触头和电触头元件之间的硬焊料焊接的电连接部减小过渡电阻，在电触头元件的接触表面上设置凹陷部，以硬焊料制成的焊接体被压入所述凹陷部中并从接触表面伸出，并且触头元件和配合触头在接触表面上推压抵靠彼此，加热并熔化焊接体。
使用硬焊料确保了材料结合的电连接部也可承受最高接触压力而不会损坏。同时，硬焊料焊接连接导致可以通过仅仅施加迄今为止已经实施的压力而实现更低的过渡电阻。通过将焊接体安装在接触表面的凹陷部中，硬焊料在焊接过程中被准确定位在需要的位置。这意味着它不必首先通过毛细作用穿过焊接间隙被牵伸并分布在接触表面上，如从触头元件外侧进行硬焊料焊接的情况那样。预先在接触表面中的凹陷部中设置硬焊料，使得硬焊料能够更均匀地分布在接触表面上。通过将硬焊料压入凹陷部中，可以准确确定焊接体在接触表面上的悬伸量，由此确定焊接间隙中的焊料的量。触头元件和配合触头彼此间的起始位置和在压接过程和焊接过程中的终了位置通过所述悬伸量被准确限定。终了位置产生于焊接体的悬伸部的材料的量，以及要被润湿的接触表面的大小和接触压力。
触头元件优选地用于传导电动车辆中的高直流电，特别是用于连接电池单体。本发明可以通过以下彼此独立且每一个均有利的发展例而得到进一步改进。
如果焊接体是模制部件，则因此是有利的，焊接体例如是烧结部件、铸造部件或者通过塑性变形形成的部件，和/或被构造成特别地与凹陷部互补。构造为模制部件和/或构造为与凹陷部互补的构造使得能够准确进行压入过程，并维持紧密的公差，特别是在伸出接触表面的焊接体的悬伸部中。
凹陷部优选地被完全填充，使得焊接体与凹陷部完全表面接触，而没有气穴或仅有可忽略的气穴。完全表面接触确保了低过渡电阻。
接触表面或还有整个触头元件优选地构造成环形。凹陷部可以是环形凹槽，并且焊接体可以是环形带。这一构造使得可以使用例如铆钉或螺钉延伸通过环状体的电连接部。
接触表面、环形凹槽和/或焊接体可以彼此同心地定位。环形凹槽优选地位于触头元件的端面上，或者接触表面形成触头元件的端面。
触头元件当然也可以具有多个接触表面，每个接触表面设有至少一个凹陷部，焊接体被压入该凹陷部中并从相应的接触表面突出。例如，环状触头元件的两个端面可以设有相应的焊接体，使得可以在两侧形成硬焊料焊接连接。
进一步有利的是，接触表面具有从接触表面平行于焊接体伸出的至少一个突起部。该突起部可以是定心装置的部分，构造成使电触头元件相对于配合触头对准。在配合触头上例如可以存在有构造成与突起部互补的插孔，其中，突起部和插孔在完全的硬焊料焊接连接的情况下彼此接合。
所述至少一个突起部优选地突出超出焊接体。这允许在焊接体碰到配合触头之前对触头元件和配合触头定心。以此方式，当焊接体熔化时，阻止触头元件和配合触头在熔化物上流动离开该位置。
突起部优选地是环状，例如是周向套管，并且可以特别地相对于接触表面、环形凹槽和焊接体中的至少一个同心。其可以在径向外部被焊接体包围，使得其形成阻碍或阻止硬焊料流入到中心开口中的屏障。结果，可以避免铆钉或螺钉被不慎与之焊接或者不再穿过开口安装。
在接触元件和配合触头之间完全焊接连接的情况下，根据一种构造，硬焊料位于所述至少一个突起部与相关联的互补的凹陷部之间，这导致传输电流的表面的进一步增大。
为了另外以机械方式固定硬焊料连接，配合触头和触头元件可以通过螺纹连接件推压抵靠彼此，特别是在已经焊接的状态下。
此外，在完全硬焊料焊接连接的情况下，容纳焊接体的凹陷部被优选地完全填充硬焊料，使得凹陷部的整个表面可用于引入电流。
加热优选地以电感方式发生，其中触头元件和/或配合触头也能够被加热。
焊接体和/或电触头元件可以预先设有助焊剂。虽然如此，为避免助焊剂导致的对接触表面的腐蚀，优选的是，触头元件和配合元件在保护气氛中被加热并且被推压抵靠彼此。在本示例中，助焊剂不是必需的。
在硬焊料的熔化期间和/或当硬焊料正被熔化时将配合触头和触头元件推到一起优选地通过电连接部的螺钉固定来执行，其例如在环状触头元件的情况中，延伸穿过环形带或穿过焊接设备的按压元件，所述按压元件作用于触头元件和配合触头元件。为生成保护气氛，焊接设备可具有包围触头元件和配合触头或更准确地包围电连接部的罩。
附图说明
在下文中，参照附图使用示例性实施例更详细地解释本发明。为了简单起见，对于在设计和/或结构方面彼此对应的元件，在各个附图中使用相同的附图标记。根据以上陈述，如果在特定应用的情况下与各个特征相关的技术效果不重要，那么在示例性实施例的情况下描绘和描述的各个特征当然也可以省略。反过来，如果与特征相关的技术效果不重要，则可以添加在以下示例性实施例中未描绘或描述的上述特征。
在附图中：
图1示出了贯穿根据本发明的单体连接器的示意性截面图；
图2示出了根据本发明的触头元件以及处于未硬焊料焊接(non-hard-soldered)状态中的链节的示意性截面图；
图3示出了根据本发明的触头元件和配合触头的硬焊料焊接的电连接部。
具体实施方式
图1示出了单体连接器1，其特别地在多单体车辆中用于将车辆电池的各个单体或模块(未示出)以串联方式电连接。电流流动通过箭头2示意性地描绘。第一电导体4通过单体连接器1电连接到第二电导体6(在此称为配合触头)。单体连接器1进一步具有接地连接件8，接地连接件8与导体4、6电分离，并电连接到单体连接器1的外壳10。单体连接器1具有在此为环状的触头元件12，并且可选地具有例如也是环状的另一触头元件14。
触头元件12位于导体4、6之间，并且安置在作为配合触头的导体6之上。由导体4、可选的触头元件14、触头元件12和配合触头6构成的组件通过螺旋连接件16被推压到一起，以获得具有低过渡电阻和机械牢固连接的完全表面的叠放。螺旋连接件16延伸穿过元件2、12、14(如果存在)和6，螺旋连接件16通过作为接触阻止器的绝缘体18向外电绝缘。
为了减少过渡电阻，触头元件12被硬焊料焊接(hard-solder)到配合触头6。这在下文中参考图2和3举例进行更详细解释。
触头元件12具有接触表面22，在完全形成的电连接部24(图3)中，接触表面22定位成与配合触头6相对。
触头元件12设置有至少一个凹陷部26，采用硬焊料(hard solder)制成的至少一个焊接体28被压入所述凹陷部26中。凹陷部26可以是凹槽状的。如果触头元件12例如是环状的，则凹陷部26可由此构造为特别是相对于触头元件或相对于环状接触表面22同心的环形凹槽。
焊接体28优选地是模制部件，例如是烧结部件、铸造部件或采用硬焊料制成且通过塑性变形形成的部件。焊接体28应被完全压入凹陷部26中，使得它尽可能地填充而没有气穴。通过使得焊接体28在被压入触头元件中之前已经具有与凹陷部26的横截面互补的横截面形状而简化这一压入操作。焊接体28和触头元件12之间的过渡电阻可以借助于焊接体28和凹陷部26或触头元件12之间的这种完全表面的接触而保持较低。
被压入的焊接体28通过悬伸部30突出超出接触表面22。当连接件24被完全地硬焊料焊接时，悬伸区域32中包含的硬焊料的量决定了位于触头元件12和配合触头6之间的硬焊料的量。由此，通过使用尺寸具有窄公差的焊接体28和凹陷部26，可以总是提供恒定的硬焊料的量。这稍后参考图3解释。
触头元件12可具有突起部34，突起部34用以使触头元件12和配合触头6对准。突起部34从接触表面22平行于悬伸部30或在其方向上突起。
突起部34可以构造为套管形状。突起部34也可以以环状方式延伸，并且优选地还相对于接触表面22是同心的，特别是在凹陷部26和/或接触表面22是环状的情况下。在该示例中，突起部35可以由焊接体28环绕。
焊接体28可以邻接抵靠突起部34，使得突起部34形成引导部，焊接体28沿着该引导部被***和压入凹陷部26中。
通过与构造为与突起部34互补的插孔38协作(特别是接合在插孔38中)，突起部34成为定心装置36的部分。在描绘的示例性实施例中，这一定心装置是与触头元件12的中心通道42对准的、配合触头6的中心开口40。开口40和通路42可用于螺旋连接件16(图1)的***。
为了预先实现触头元件12和配合触头6的对准，在焊接体28出现在配合触头6上之前，突起部34突出超出焊接体28。以这种方式，在焊接体28邻接抵靠配合触头6之前，可预先发生对准。
突起部34当然也可以定位在配合触头6上。也可以采用其它以不同方式构造的定心装置，例如相互啮合的齿形和/或相互接合的销和插孔。
在如图2所示的配合触头6和触头元件12的相对位置之前或之后，在图2所示的位置中焊接体28安置在配合触头6之上，焊接体12优选地被感应加热。在这一情况中，配合触头6和/或触头元件12可以随之加热。一旦焊接体由于涡流而开始熔化，熔化首先发生在悬伸区域32中，则触头元件12和配合触头6在接触压力44的作用下开始朝向彼此移动，同时，焊接间隙46减小。熔化的硬焊料被推入到焊接间隙46中，并在焊接间隙46中铺展。通过定心装置36，避免了配合触头6或触头元件12在硬焊料熔化体上沿着平行于接触表面22的方向的横向冲掉(washing-away)。与此同时，在图示的实施例中，套管形的突起部34用于硬焊料的障碍，由于局部增加的流动阻力，硬焊料被阻止进入配合触头6的中心开口40中。
助焊剂(flux)可以是焊接体28的部分，或者可以在焊接体28熔化前被施加在焊接体28、配合触头6和/或触头元件12上。但是，至少焊接体28的熔化优选地在保护气氛中发生，从而可以省去助焊剂。
在硬焊料焊接完全的电连接部24中，凹陷部26继续被焊接体28填充，优选地被完全地填充，使得焊接体28接触到凹陷部26的整个表面，并且获得最低可能的过渡电阻。为防止硬焊料流出凹陷部28，优选地取决于配合触头6和触头元件12之间的距离控制加热。如果焊接间隙46充分小而防止硬焊料流出，则硬焊料优选仅仅是完全液化的。
在完成的电连接部中，硬焊料也位于定心装置36中。
由于在多个触头元件12中，完成的连接件24中的焊接间隙46的尺寸总是借助于熔化的悬伸区域32的恒定尺寸而保持相同，因此可以实现高制造质量。电连接部的高度仅仅略有变化。
在焊接过程的开始时，硬焊料已经位于焊接间隙46中，且不必首先从外侧通过毛细作用牵引到焊接间隙中，这确保硬焊料在焊接间隙中的均匀分布。
附图标记
1 单体连接器
2 电流流动
4 第一电导体
6 第二电导体、配合触头
8 接地连接件
10 外壳
12 电触头元件
14 另一可选的触头元件
16 螺旋连接件
18 绝缘体
22 接触表面
24 电连接部
26 凹陷部
28 焊接体
30 焊接体的悬伸部
32 悬伸区域
34 突起部
36 定心装置
38 插孔
40 中心开口
42 中心通道
44 接触压力
46 焊接间隙

Claims (15)

1.一种电触头元件(12)，用于形成到配合触头(6)的材料结合的导电连接部(24)，所述电触头元件具有在所述触头元件(12)的接触表面(22)上的至少一个凹陷部(26)，并且具有采用硬焊料制成的焊接体(28)，所述焊接体(28)被压入所述凹陷部(26)中，并且在所述接触表面(22)之上伸出所述凹陷部(26)。
2.根据权利要求1所述的电触头元件(12)，其中，所述焊接体(28)是模制部件。
3.根据权利要求1或2所述的电触头元件(12)，其中，所述接触表面(22)、所述凹陷部(26)和/或所述焊接体(28)是环状的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电触头元件(12)，其中，所述接触表面(22)具有至少一个突起部(34)，所述至少一个突起部从所述接触表面(22)平行于所述焊接体(28)突出超出所述接触表面(22)。
5.根据权利要求4所述的电触头元件(12)，其中，所述至少一个突起部(34)突出超出所述焊接体(28)。
6.一种电连接部(24)，特别用于连接电动车辆的电池的单体，所述电连接部具有触头元件(12)和配合触头(6)，其中，所述配合触头(6)和所述触头元件(12)在接触表面(22)上彼此硬焊料焊接，并且其中，所述触头元件(12)在所述接触表面(22)上设有至少一个凹陷部(26)，形成所述接触表面(22)的硬焊料焊接连接部的采用硬焊料制成的焊接体(28)定位在所述凹陷部中。
7.根据权利要求6所述的电连接部(24)，其中，存在定心装置(36)，该定心装置具有被构造成彼此互补且彼此接合的至少一个突起部(34)和至少一个插孔(38)。
8.根据权利要求7所述的电连接部(24)，其中，硬焊料被定位在所述至少一个突起部(34)和关联的互补的插孔(38)之间。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的电连接部(24)，其中，所述配合触头(6)和所述触头元件(12)通过螺旋连接件(16)推压抵靠彼此。
10.一种用于电动车辆的多单体电池的单体连接器(1)，具有根据权利要求6至8中任一项所述的电连接部(24)。
11.一种在配合触头(6)和电触头元件(12)之间形成硬焊料焊接的电连接部(24)的方法，所述电触头元件在触头表面(22)中具有凹陷部(26)和采用硬焊料制成的焊接体(28)，所述焊接体(28)被压入所述凹陷部(26)中并且从所述接触表面(22)突出，其中，所述触头元件(12)和配合触头(6)在所述接触表面(22)上被推压抵靠彼此，并且，所述焊接体(28)被加热和熔化。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述加热以感应方式进行。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在保护气氛中进行加热和推压抵靠彼此。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，经由定心装置(36)对所述配合触头(6)和电触头元件(12)进行定心，所述定心装置(36)具有至少一个突起部(34)和与所述突起部(34)互补的插孔(38)，并且其中，所述突起部和插孔在所述焊接体(28)安置在所述配合触头(6)上之前接合。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述配合触头(6)和电触头元件(12)通过螺旋连接件(16)推压抵靠彼此。
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