DE112012003782T5 - Verpressungsstruktur für Metallelemente und Sammelschiene, welche diese verwendet - Google Patents

Verpressungsstruktur für Metallelemente und Sammelschiene, welche diese verwendet Download PDF

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Abstract

Eine Verpressungsstruktur für Metallelemente beinhaltet eine Metallplatte, die einen Lochabschnitt aufweist, und ein scheibenförmiges leitendes Element, das in den Lochabschnitt eingesetzt und an der Metallplatte durch Verpressen eines Umfangs des Lochabschnittes befestigt wird. Die Metallplatte beinhaltet einen Nutabschnitt, der in mindestens einer Fläche der Metallplatte um den Lochabschnitt der Metallplatte herum vorgesehen ist, und das leitende Element beinhaltet einen vertikalen Flansch, der an einem Außenumfang des leitenden Elementes vorgesehen ist und von der mindestens einen Fläche vorragt. Das leitende Element wird in den Lochabschnitt der Metallplatte eingesetzt, und wenn das leitende Element durch Verpressen auf der Metallplatte befestigt wird, wird der vertikale Flansch des leitenden Elementes verformt, und der Nutabschnitt der Metallplatte wird mit dem verformten vertikalen Flansch angefüllt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft eine Verpressungsstruktur für Metallelemente und eine Sammelschiene, welche die Verpressungsstruktur verwendet.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Eine Verpressungsstruktur wird herkömmlicherweise häufig verwendet, um Metallelemente miteinander zu verbinden. Die Verpressungsstruktur hat eine Konfiguration, bei der, in einen Lochabschnitt, der in dem einen Metallelement vorgesehen ist, ein angepasster Abschnitt eines anderen Metallelementes eingesetzt wird, und danach ein auf dem angepassten Abschnitt vorgesehener Klinkenabschnitt verformt wird, um mit einem Umfang des Lochabschnittes des einen Metallelementes in Eingriff zu kommen. Die Verpressungsstruktur wird häufig für Anschlüsse von Batterien, verschiedene Steckverbinder, etc. verwendet.
  • Als ein Beispiel, welche die Verpressungsstruktur verwendet, gibt es eine Verbindungsplatte (Sammelschiene), um Elektrodenanschlüsse einer Mehrzahl von Batterien zu verbinden. In den letzten Jahren wurde eine Sammelschiene für eine zusammengebaute Batterie (Batteriemodul) verwendet, die in Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge eingebaut wird, welche anstelle herkömmlicher Benzinfahrzeuge verwendet werden, und die Nachfrage nach der Sammelschiene hat zugenommen. Bei einer derartigen Nutzung innerhalb eines Fahrzeugs wird ein Batteriemodul verwendet, bei dem eine Mehrzahl von Lithium-Ionen-Batterien, also Sekundärbatterien, in Reihenschaltung angeschlossen sind. Im Batteriemodul wird eine Sammelschiene verwendet, die Elektrodenanschlüsse der Mehrzahl von zusammengebauten Lithium-Ionen-Batterien (Batteriezellen) elektrisch verbindet. Die Sammelschiene ist als rechteckige Metallplatte ausgebildet, die ein Paar von Elektrodenanschluss-Einstecklöchern aufweist, um die Elektrodenanschlüsse in diese einzusetzen (Patentdokumente 1 und 2).
  • Außerdem gibt es einen Fall, bei dem das Paar von Elektrodenanschlüssen aus verschiedenartigen Metallmaterialien hergestellt sind. Daher wird die Sammelschiene häufig dadurch ausgebildet, dass ein leitendes Element, das aus einem einer Metallplatte unähnlichen Metallmaterial besteht, in die Metallplatte eingesetzt wird. Das leitende Element weist eine Anschlussöffnung auf, in die einer der Elektrodenanschlüsse eingesetzt wird. Wenn beispielsweise die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batterie ist, ist eine positive Elektrode aus einem Aluminiummaterial hergestellt, und eine negative Elektrode ist aus einem Kupfermaterial hergestellt. In diesem Fall wird die Metallplatte aus einem Kupfermaterial hergestellt, und das leitende Element wird aus einem Aluminiummaterial hergestellt, das zu einem der Elektrodenanschlüsse ähnlich ist.
  • Die Sammelschiene bildet eine Brücke zwischen der Mehrzahl von Batteriezellen, dadurch, dass Elektrodenanschlüsse in das Paar von Elektrodenanschluss-Einstecklöchern der Metallplatte eingesetzt werden und die Metallplatte an den Elektrodenanschlüssen unter Verwendung von Bolzen und Muttern, etc. befestigt werden, um die Metallplatte und die Elektrodenanschlüsse elektrisch zu verbinden. Auf diese Weise wird, da eine große Anzahl von Sammelschienen für das Batteriemodul, abhängig von der Anzahl einer Kombination von Batteriezellen, verwendet wird, ein elektrischer Widerstand der Sammelschienen hoch. Wie zuvor erwähnt, ist es außerdem bei den Sammelschienen, die in der Lithium-Ionen-Batterie verwendet werden, welche in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen genutzt wird, da das leitende Element mit der Metallplatte verbunden wird, die aus einem Metallmaterial besteht, das zu demjenigen des leitenden Elementes unähnlich ist, nicht möglich, einen elektrischen Widerstand an einem Kontaktbereich zwischen der Metallplatte und dem leitenden Element zu ignorieren, und diese Tatsache hat Auswirkungen auf eine elektrische Umwandlungseffizienz oder eine Dauerhaftigkeit.
  • VERWANDTE TECHNIK
  • Patentdokumente:
    • Patentdokument 1 JP 2011-82164 A
    • Patentdokument 2 JP 2011-60623 A
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Um Metallelemente ohne Leitfähigkeitsverluste miteinander zu verbinden, wird häufig die zuvor erwähnte Verpressungsstruktur verwendet, ohne dabei ein Verbindungselement wie beispielsweise einen Klebstoff zu verwenden. Insbesondere ist bei der zuvor erwähnten Sammelschiene, da die Metallplatte und das leitende Element aus unähnlichen Metallmaterialien bestehen, die Verpressungsstruktur äußerst effektiv, um einen elektrischen Widerstand zu verringern und eine Stärke einer Verbindung zwischen der Metallplatte und dem leitenden Element zu gewährleisten.
  • Jedoch hat, wie zuvor erwähnt, die herkömmliche Verpressungsstruktur eine Konfiguration, bei der in den Lochabschnitt, der in dem einen Metallelement vorgesehen ist, der angepasste Abschnitt des anderen Metallelementes eingesetzt wird, und danach der an dem angepassten Abschnitt vorgesehene Klinkenabschnitt gequetscht oder verformt wird, um mit dem Umfang des Lochabschnittes des einen Metallelementes in Eingriff zu kommen. Demzufolge gibt es einen Fall, bei dem der Übergangsbereich zwischen den Metallelementen nicht eng anliegend ausgebildet ist. Außerdem werden konkave Bereiche und konvexe Bereiche auf einer Oberfläche des Übergangsbereichs erzeugt. Wenn eine derartige Verpressungsstruktur in einem elektrischen Kontaktabschnitt verwendet wird, besteht das Problem, dass eine Leitfähigkeit schlecht wird, und die Verbindungsstärke durch Beeinträchtigung etc. des Verbindungsbereichs reduziert wird. Insbesondere besteht, wenn die Sammelschiene für elektrische Kontaktabschnitte eines in ein Fahrzeug eingebauten Batteriemoduls verwendet wird, das Problem, dass ein Strom einer Stromquelle nicht in stabiler Weise zugeführt werden kann, und das Batteriemodul eine kurze Lebensdauer hat.
  • INHALT DER ERFINDUNG
  • Daher hat die Erfindung die Aufgabe, eine Verpressungsstruktur bereitzustellen, die fähig ist, Metallelemente stabil und fest zu verbinden, und einen elektrischen Widerstand zu verringern, sogar wenn die Metallelemente aus unähnlichen Metallmaterialien bestehen, sowie eine Sammelschiene, welche die Verpressungsstruktur verwendet.
  • Um die zuvor beschriebene Aufgabe zu bewerkstelligen, beinhaltet eine Verpressungsstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein ebenes plattenförmiges erstes Metallelement, das einen Lochabschnitt aufweist, und ein scheibenförmiges zweites Metallelement, das in den Lochabschnitt eingesetzt und danach am ersten Metallelement befestigt ist, und zwar durch Verpressen eines Umfangs des Lochabschnittes. Das erste Metallelement beinhaltet einen Nutabschnitt, der in mindestens einer Fläche des ersten Metallelementes um den Lochabschnitt des ersten Metallelementes herum vorgesehen ist, und das zweite Metallelement beinhaltet einen vertikalen Flansch, der an einem Außenumfang des zweiten Metallelementes vorgesehen ist und von der mindestens einen Fläche vorragt. Das zweite Metallelement wird in den Lochabschnitt des ersten Metallelementes eingesetzt, und wenn das zweite Metallelement durch Verpressen am ersten Metallelement befestigt wird, wird der vertikale Flansch des zweiten Metallelementes verformt, und der Nutabschnitt des ersten Metallelementes wird mit dem verformten vertikalen Flansch angefüllt.
  • Außerdem beinhaltet die Sammelschiene gemäß der Erfindung eine Metallplatte, die zumindest ein Paar von Lochabschnitten aufweist, und ein leitendes Element, das in eines von dem Paar von Lochabschnitten eingesetzt ist und durch Verpressen an der Metallplatte befestigt ist. Die Metallplatte und das leitende Element sind mittels der Verpressungsstruktur gemäß der Erfindung verbunden.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • In der Verpressungsstruktur für die Metallelemente gemäß der Erfindung beinhaltet das erste Metallelement einen Lochabschnitt mit einem um den Lochabschnitt herum vorgesehenen Nutabschnitt, und das zweite Metallelement beinhaltet einen verformbaren Flansch, der an einem Außenumfang des zweiten Metallelementes vorgesehen ist und im Nutabschnitt des ersten Metallelementes befestigt wird. Der Flansch wird verformt oder gequetscht, um den Nutabschnitt mit dem verformten Flansch anzufüllen, und dadurch werden das erste Metallelement und das zweite Metallelement verpresst und ohne Spielraum fest angebracht. Außerdem ist eine Oberfläche des Kontaktbereichs eine sich eben fortsetzende Fläche, die keine konkaven Bereiche und konvexen Bereiche aufweist, und somit ist es möglich, Schwankungen eines elektrischen Widerstandes zu beseitigen und den elektrischen Gesamtwiderstand zu verringern. Außerdem kann, dadurch dass der Nutabschnitt mit dem verformten Flansch angefüllt wird, ein großes Kontaktgebiet zwischen dem ersten Metallelement und dem zweiten Metallelement gewährleistet werden und die Leitfähigkeit im Kontaktbereich verbessert werden.
  • Außerdem ermöglicht die Verwendung der Verpressungsstruktur, den elektrischen Widerstand zu verringern und die Leitfähigkeit zwischen dem ersten Metallelement und dem zweiten Metallelement zu verbessern, sogar wenn das erste Metallelement und das zweite Metallelement unähnliche Metallmaterialien sind, wobei das erste Metallelement ein Kupfermaterial ist und das zweite Metallelement ein Aluminiummaterial ist.
  • In der Sammelschiene gemäß der Erfindung ist es, da das leitende Element, bei dem es sich um das zweite Metallelement handelt, an der Metallplatte, bei der es sich um das erste Metallelement handelt, eng anliegt und mit dieser fest verbunden ist, möglich, den elektrischen Widerstand zu verringern und eine hohe Leitfähigkeit zu erzielen. Dadurch ist es möglich, ein stabiles Zuführen von Strom mit geringeren elektrischen Verlusten durchzuführen, wenn Elektrodenanschlüsse einer Mehrzahl von Batterien miteinander verbunden werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Sammelschiene, die durch eine Verpressungsstruktur gemäß der Erfindung gebildet ist.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht der Sammelschiene.
  • 3 ist eine Schnittansicht der Sammelschiene entlang Linie A-A von 1.
  • 4 ist eine Schnittansicht, die eine Metallplatte und ein leitendes Element vor einem Verpressen zeigt.
  • 5 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem das leitende Element in die Metallplatte eingesetzt ist.
  • 6 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem das leitende Element durch Verpressen an der Metallplatte befestigt ist.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand des leitenden Elementes zeigt, wobei 7A eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, bei dem das leitende Element in die Metallplatte eingesetzt ist, bevor ein Verpressen des leitenden Elementes erfolgt, und 7B eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, bei dem das leitende Element an der Metallplatte befestigt ist, nachdem ein Verpressen des leitenden Elementes erfolgt ist.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls, welches die Sammelschiene gemäß der Erfindung verwendet.
  • DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsformen einer Verpressungsstruktur und einer Sammelschiene, die mittels der Verpressungsstruktur gemäß der Erfindung ausgebildet ist, werden nachfolgend detailliert mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. 1 zeigt das Erscheinungsbild der Sammelschiene 11, die mittels der Verpressungsstruktur gemäß der Erfindung ausgebildet ist. 2 bis 7 zeigen eine Form der Verpressungsstruktur in der Sammelschiene 11. In der Verpressungsstruktur ist ein scheibenförmiges leitendes Element 13, bei dem es sich um ein zweites Metallelement handelt, in eine ebene plattenförmige Metallplatte 12, bei der es sich um ein erstes Metallelement handelt, eingesetzt und an dieser befestigt.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, besteht die Metallplatte 12 aus einem Kupfermaterial, hat eine ebene plattenartige Gestalt und beinhaltet einen ersten Lochabschnitt 14, der an einem vorbestimmten Ort vorgesehen ist. Das leitende Element 13 besteht aus einem Aluminiummaterial und weist eine scheibenartige Gestalt auf, die so konfiguriert ist, dass sie in den ersten Lochabschnitt 14 eingesetzt werden kann. Das leitende Element 13 beinhaltet einen Körperabschnitt 19, der in den ersten Lochabschnitt 14 eingesetzt ist, einen vertikalen Flansch 21, der an einem oberen Ende des Körperabschnittes 19 vorgesehen ist und integral mit dem Körperabschnitt 19 ausgebildet ist, und einen horizontalen Flansch 22, der an einem unteren Ende des Körperabschnittes 19 vorgesehen ist und integral mit dem Körperabschnitt 19 ausgebildet ist. Der horizontale Flansch 22 hat eine ringartige Gestalt, derart, dass er senkrecht zum Körperabschnitt 19 angeordnet ist und direkt in einen unteren Nutabschnitt 18 eingesetzt wird, der um den ersten Lochabschnitt 14 herum auf einer unteren Fläche der Metallplatte 12 vorgesehen ist. Der horizontale Flansch 22 hat im Wesentlichen die gleiche Gestalt wie der untere Nutabschnitt 18 und entspricht in Breite und Dicke im Wesentlichen dem unteren Nutabschnitt 18. Der horizontale Flansch 22 ist bündig zu einer unteren Fläche 12b der Metallplatte 12, wenn der horizontale Flansch 22 in den unteren Nutabschnitt 12 eingesetzt ist.
  • Wie in 4 dargestellt, erstreckt sich der vertikale Flansch 21 senkrecht entlang einer Außenumfangsfläche des Körperabschnittes 19 und ist so konfiguriert, dass er aus einer oberen Fläche 12a der Metallplatte 12 vorragt, wenn das leitende Element 13 in den in der Metallplatte 12 vorgesehenen ersten Lochabschnitt 14 eingesetzt ist. Der vertikale Flansch 21 beinhaltet eine kreisförmige Außenumfangsfläche 23 und eine Innenumfangsfläche 24, die zulaufend nach unten geneigt angeordnet ist. Der vertikale Flansch ist durch die Außenumfangsfläche 23 und die Innenumfangsfläche 24 im Querschnitt generell in Form eines Dreiecks ausgebildet. Wie in 5 gezeigt, beträgt ein Winkel α in der Vorderansicht, von der Innenumfangsfläche 24 zur oberen Fläche des Körperabschnittes 19, ca. 60°. Mit dem Winkel α in der Vorderansicht wird, wenn der vertikale Flansch 21 mittels eines Presswerkzeuges, beispielsweise einem Stempel etc., von oben her gepresst wird, der vertikale Flansch 21 ohne Weiteres verformt, so dass sich der vertikale Flansch 21 insgesamt in einer Außenumfangsrichtung ohne Weiteres aufweiten lässt. Auf diese Weise wird ein vorbestimmter Druck auf den vertikalen Flansch 21 aufgebracht, derart, dass der Druck entlang der Innenumfangsfläche von oben her aufgebracht wird. Dadurch wird die Außenumfangsfläche 23 hin zu einer Innenumfangsfläche eines oberen Nutabschnittes 17 gedrückt, der um den ersten Lochabschnitt 14 der Metallplatte 12 herum vorgesehen ist, und wird verformt, so dass er sich über die Innenumfangsfläche des oberen Nutabschnittes 17 erstreckt, wie in 6 gezeigt. Demzufolge wird der obere Nutabschnitt 17 mit dem verformten vertikalen Flansch 21 angefüllt, und das leitende Element 13 wird durch Verpressen an der Metallplatte angebracht und befestigt, und zwar in eng anliegendem Zustand, bei dem es mit der Metallplatte 12 integral wird. Der vertikale Flansch 21 ist, wenn er verformt ist, bündig zur oberen Fläche 12a der Metallplatte 12, und somit ist es möglich, die Sammelschiene in ebener Fläche ohne einen konkaven und konvexen Abschnitt auszubilden.
  • Das leitende Element 13 wird in den ersten Lochabschnitt 14 der Metallplatte 12 von der unteren Fläche der Metallplatte her eingeführt, und der horizontale Flansch 22 wird in den unteren Nutabschnitt 18 eingesetzt, und danach wird die Metallplatte 12 auf einem ebenen Arbeitstisch platziert. 7A zeigt einen Zustand vor dem Verpressen des leitenden Elementes 13. Wie in 5 gezeigt, wird der vertikale Flansch 21, der vom oberen Nutabschnitt 17 vorragt, dann dadurch verformt, dass ein hervorragender Abschnitt des vertikalen Flansches 21 von oben her unter Verwendung eines Presswerkzeuges, beispielsweise eines Stempels etc., gepresst wird, und die Innenumfangsfläche 24 des vertikalen Flansches 21, die in Seitenansicht mit einem Winkel von ca. 60° geneigt ist, wird nach außen aufgeweitet, so dass der obere Nutabschnitt 17 mit dem vertikalen Flansch 21 angefüllt wird und in enge Anlage gegen die Innenumfangsfläche des oberen Nutabschnittes 17 gebracht wird. Dieser eine Pressprozess ermöglicht es, das leitende Element 13 an der Metallplatte 12 durch Verpressen anzubringen und zu befestigen, derart, dass das leitende Element mit der oberen Fläche 12a und der unteren Fläche 12b der Metallplatte 12 bündig ist und mit der Metallplatte 12 integriert ist, wie in 7B dargestellt.
  • Alternativ kann der vertikale Flansch 21 zuerst gepresst werden, um die Außenumfangsfläche 23 entlang der Innenumfangsfläche 24 nach außen aufzuweiten, und zwar dadurch, dass ein Presswerkzeug wie beispielsweise ein Stempel etc. in die Innenumfangsfläche 24 eingeführt wird, und als Nächstes kann der vertikale Flansch 21 weiter hin zum oberen Nutabschnitt 17 unter Verwendung eines ebenen Presswerkzeuges gepresst werden. Beim ersten Pressvorgang kann, da der vertikale Flansch 21 gepresst werden kann, während ein Vorderendabschnitt des Stempels etc. durch die geneigte Innenumfangsfläche 24 geführt wird, die Gesamtheit des vertikalen Flansches 21 gleichmäßig nach außen aufgeweitet werden.
  • Als Nächstes werden Ausführungsformen unter Verwendung der zuvor erwähnten Verpressungsstruktur erläutert. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet die Sammelschiene 11 gemäß der Erfindung leitende Verbindungsplatten, die Elektrodenanschlüsse einer Mehrzahl von Batterien (wie in 8 gezeigt) verbinden, um eine zusammengebaute Batterie (Batteriemodul) zu bilden, welche eine große Abgabeleistungsfähigkeit (Kapazität) aufweist. Wie zuvor erwähnt, beinhaltet die Sammelschiene 11 die Metallplatte 12, die das erste Metallelement ist, und das leitende Element 13, welches das zweite Metallelement ist und welches durch Verpressen an der Metallplatte 12 angebracht und befestigt wird. Wie in 2 gezeigt, besteht die Metallplatte 12 aus Kupfer, das hohe Leitfähigkeit aufweist, in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet ist, und mit einem ersten Lochabschnitt 14 und einem zweiten Lochabschnitt 16 ausgebildet ist, die an vorbestimmten Orten vorgesehen sind. Das leitende Element 13 wird an der Metallplatte 12 dadurch befestigt, dass es von unten her in den ersten Lochabschnitt 14 eingesetzt wird und der vorstehende Abschnitt des vertikalen Flansches 21, welcher von der oberen Fläche 12a der Metallplatte 12 vorragt, verpresst wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der zweite Lochabschnitt 16 ein Loch zum Einführen eines negativen Anschlusses ist, in das ein negativer Anschluss 34 (siehe 8) einer jeden von Batteriezellen 32, die miteinander verbunden werden, direkt eingeführt wird.
  • Das leitende Element 13 besteht aus einem Aluminiummaterial, das scheibenförmig ausgebildet ist und so konfiguriert ist, dass es in den ersten Lochabschnitt 14 eingeführt werden kann, und ein zum Einführen eines positiven Anschlusses dienendes Loch 15 beinhaltet, das in einem zentralen Abschnitt des leitenden Elementes vorgesehen ist und konfiguriert ist, um in dieses einen Elektrodenanschluss (positiver Anschluss) 33 (siehe 8) einer jeden der Batteriezellen 33 einzuführen. Das zum Einführen eines positiven Anschlusses dienende Loch 15 besteht aus einem leitenden Loch, das ausgebildet ist, um eine leitende Verbindung unähnlicher Metalle zu bewerkstelligen, und zwar zwischen dem leitenden Element 13 und der aus einem Kupfermaterial bestehenden Metallplatte 12, dadurch dass der positive Anschluss 33 eingeführt wird, der aus der gleichen Art von Aluminiummaterial wie das leitende Element 13 besteht. Das zum Einführen des positiven Elektrodenanschlusses dienende Loch 15 ist so konfiguriert, dass es an einen Durchmesser des Elektrodenanschlusses angepasst ist, der in Abhängigkeit von der Art der Batterie unterschiedlich ist. Außerdem beinhaltet, wie in 3 und 4 dargestellt, das leitende Element 13 einen Anschlussaufnahmeabschnitt 25, der in einer unteren Fläche des leitenden Elementes vorgesehen ist und einen am unteren Ende befindlichen Abschnitt des Elektrodenanschlusses (positiver Anschluss) 33 aufnimmt. Der Anschlussaufnahmeabschnitt 25 ist ein konkaver Abschnitt, der quadratische oder kreisförmige Gestalt hat und herum um das zum Einführen des positiven Anschlusses dienende Loch 15 ausgebildet ist. Andererseits wird eine leitende Verbindung zwischen der Metallplatte 12 und dem Elektrodenanschluss (negativer Anschluss) 34 dadurch bewerkstelligt, dass der negative Anschluss 34, der aus einem Metall gleicher Art wie die Metallplatte 12 besteht, direkt in den zweiten Lochabschnitt 16 eingesetzt wird. Die Metallplatte 12 weist einen Anschlussaufnahmeabschnitt 26 auf, der in konkaver Form in der unteren Fläche 12b der Metallplatte 12, um den zweiten Lochabschnitt 16 herum, vorgesehen ist, und nimmt einen am unteren Ende befindlichen Abschnitt des negativen Anschlusses 34 auf. Der Anschlussaufnahmeabschnitt 26 hat ebenfalls quadratische oder kreisförmige Gestalt.
  • Die Metallplatte 12 ist beispielsweise als Kupferplatte von einer Dicke von 2 bis 3 mm ausgebildet und beinhaltet einen ersten Lochabschnitt 14, der einen Durchmesser von ca. 17 mm hat, und einen zweiten Lochabschnitt 16, der einen Durchmesser von ca. 6 mm hat. Der erste Lochabschnitt 14 und der zweite Lochabschnitt 16 sind in einem vorbestimmten Abstand angeordnet. Der erste Lochabschnitt 14 beinhaltet den ringförmigen oberen Nutabschnitt 17, der an der oberen Fläche der Metallplatte 12 vorgesehen ist, und den ringartigen unteren Nutabschnitt 18, der an der unteren Fläche der Metallplatte 12 vorgesehen ist. Der obere Nutabschnitt 17 und der untere Nutabschnitt 18 weisen jeweils eine Breite von ca. 3 mm und eine Tiefe von ca. 0,5 mm um den ersten Lochabschnitt 14 herum auf.
  • Das zum Einführen des positiven Anschlusses dienende Loch 15, das durch einen mittleren Abschnitt des Körperabschnittes 19 des leitenden Elementes 13 hindurch verläuft, hat einen Durchmesser von 6 mm, wie auch der zweite Lochabschnitt 16. Der horizontale Flansch 22 ist scheibenförmig senkrecht zum Körperabschnitt 19 ausgebildet und ist direkt in den unteren Nutabschnitt 18 eingesetzt, der in der Metallplatte 12 vorgesehen ist. Der horizontale Flansch 22 entspricht in Form, Breite und Dicke dem unteren Nutabschnitt 18. Daher ist, wenn das leitende Element 13 in den ersten Lochabschnitt 14 der Metallplatte 12 eingesetzt ist, eine untere Fläche des horizontalen Flansches 22 bündig zur unteren Fläche 12b der Metallplatte 12.
  • Wie in 3 und 4 dargestellt, besteht ein Verbindungsabschnitt des leitenden Elementes 13, das in den ersten Lochabschnitt 14 der Metallplatte 12 eingesetzt ist, aus einer gestuften Struktur, die den vertikalen Flansch 21, der mit dem oberen Nutabschnitt 17 der Metallplatte 12 in Eingriff kommt, und den horizontalen Flansch 22 beinhaltet, der mit dem unteren Nutabschnitt 18 der Metallplatte 12 in Eingriff kommt. Demzufolge ist es möglich, eine breite Kontaktzone beim Verbinden der Metallplatte 12 und des leitenden Elementes 13 zu bewerkstelligen. Außerdem kann, da das leitende Element 13 an der Metallplatte 12 durch Verpressen, beispielsweise durch Quetschen des vertikalen Flansches 21, befestigt wird, der Körperabschnitt 19 des leitenden Elementes 13 eng anliegend im ersten Lochabschnitt 14 ohne Spielraum angebracht werden. Dadurch ist es möglich, einen elektrischen Widerstand in einem Kontaktabschnitt zwischen der Metallplatte 12 und dem leitenden Element 13 signifikant zu verringern, und es ist möglich, eine Leitfähigkeit der Metallplatte 12 und des leitenden Elementes 13, bei denen es sich um unähnliche Metallmaterialien handelt, stark zu verbessern. Außerdem können, da das leitende Element 13 in integraler Weise in die Metallplatte 12 in einem Zustand eingesetzt wird, bei dem das leitende Element 13 mit der oberen Fläche 12a und der unteren Fläche 12b der Metallplatte 12 bündig ist, Fertigungsschwankungen, wie beispielsweise ein Schwanken eines elektrischen Widerstandes, verringert werden, und eine Qualität einer Sammelschiene wird in stabiler Weise beibehalten.
  • Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist einer der Flansche des leitenden Elementes 13 der horizontale Flansch 22 und der andere ist der vertikale Flansch 21. Jedoch ist es, wenn beide Flansche als vertikale Flansche ausgebildet sind, auch möglich, ein Verpressen der vertikalen Flansche von sowohl der oberen Fläche als auch der unteren Fläche der Metallplatte 12 her durchzuführen, um das leitende Element 13 an der Metallplatte 12 zu befestigen.
  • 8 zeigt ein Beispiel einer Struktur der zusammengebauten Batterie (Batteriemodul) 31, welche die Sammelschiene 11 gemäß der Erfindung verwendet. Das Batteriemodul 31 ist dadurch ausgebildet, dass eine Mehrzahl von Batteriezellen 32 kombiniert werden. Wie zuvor erwähnt, beinhaltet jede der Batteriezellen den positiven Anschluss 33 und den negativen Anschluss 34. Wenn eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie als Batteriezelle 32 verwendet wird, besteht, da Lithium-Metalloxid für die positive Elektrode verwendet wird und ein Graphitmaterial für die negative Elektrode verwendet wird, der negative Anschluss 34 aus einem Kupfermaterial. Diese Batteriezellen 32 sind so angeordnet, dass die positiven Anschlüsse 33 und die negativen Anschlüsse 34 benachbart so angeordnet sind, dass sie abwechselnd angeordnet sind. Außerdem bildet die Sammelschiene 11 eine Brücke zwischen dem positiven Anschluss 33 und dem negativen Anschluss 34 benachbarter Batteriezellen, so dass die Batteriezellen 32 in Reihenschaltung angeschlossen sind. Dabei wird der positive Anschluss 33 in das zum Einführen des positiven Anschlusses dienende Loch 15 eingeführt, das im leitenden Element 13 vorgesehen ist, und der negative Anschluss 34 wird in den zweiten Lochabschnitt 16 eingeführt, der in der Metallplatte 12 vorgesehen ist. Die Metallplatte 12 wird am positiven Anschluss 33 und dem negativen Anschluss 34 mittels Muttern 35 befestigt, die auf den positiven Anschluss 33 und den negativen Anschluss 34 aufgeschraubt werden.
  • Auf diese Weise ermöglicht die Verwendung der Sammelschiene 11, die jeweils die Batteriezellen 32 verbindet, eine elektrische Verbindung jeweils des positiven Anschlusses 33 und des negativen Anschlusses 34 zu einem dazu ähnlichen Metallmaterial direkt herzustellen. Bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen kann, da das leitende Element 13, das aus einem Aluminiummaterial ähnlich dem positiven Anschluss 33 besteht, in der Metallplatte 12 mittels der Verpressungsstruktur gemäß der Erfindung montiert wird, eine breite Kontaktzone zwischen dem leitenden Element 13 und der Metallplatte 12 bewerkstelligt werden, und somit kann ein elektrischer Widerstand signifikant verringert werden und eine hohe Leitfähigkeit bewerkstelligt werden. Demzufolge ist das Batteriemodul, das die Sammelschiene gemäß der Erfindung verwendet, für Hybridfahrzeuge, von denen ein hoher elektrischer Umwandlungswirkungsgrad gefordert wird, für elektrische Fahrzeuge oder für aus einem elektrischen Speicher bestehende Stromquellen verschiedener elektrischer Produkte geeignet, von denen eine Stromeinsparung gefordert wird.
  • Wie zuvor erwähnt, können gemäß der Verpressungsstruktur der Erfindung, da die Metallelemente eng anliegend angebracht sind, und zwar dadurch, dass der Flansch, der an einem der Metallelemente vorgesehen ist, in dem Nutabschnitt, der an dem anderen der Metallelemente vorgesehen ist, in einem Zustand angebracht ist, bei dem der Flansch gequetscht ist, die Metallelemente fest verbunden werden, und eine Fläche des Kontaktabschnittes ohne konkaven und konvexen Bereich in ebener Weise ausgebildet werden. Daher ist die Verpressungsstruktur bestens geeignet, um für Teile verwendet zu werden, bei denen Ebenheit erforderlich ist. Insbesondere ist es, dadurch dass die Verpressungsstruktur für eine Sammelschiene angewendet wird, sogar wenn zu verbindende Metallelemente unähnliche Metallelemente sind, da die Metallelemente dadurch verbunden werden, dass der Flansch, der an einem der Metallelemente vorgesehen ist, in dem Nutabschnitt, der in dem anderen der Metallelemente vorgesehen ist, in einem Zustand angebracht ist, bei dem der Flansch gequetscht ist, möglich, einen elektrischen Widerstand zu verringern, ohne dass ein Zwischenraum im verbundenen Abschnitt auftritt. Außerdem gibt es, dadurch Kombinieren von Nutabschnitt und Flansch in gestuftem Zustand die Kontaktzone breit ist, den vorteilhaften Effekt, dass eine Leitfähigkeit zwischen den Metallelementen verbessert werden kann.
  • Bei den Ausführungsformen ist, obschon die Verpressungsstruktur beispielsweise auf die Sammelschiene angewendet wurde, bei der es sich um ein Verbindungselement zum Verbinden der Batteriezellen handelt, die Anwendung der Verpressungsstruktur nicht auf die Sammelschiene eingeschränkt, und die Verpressungsstruktur kann auf verschiedene Anschlusseinrichtungen angewendet werden. Außerdem ist die Verpressungsstruktur bestens geeignet, gleichartige Metallmaterialien oder ungleichartige Metallmaterialien zu verbinden. Es sei angemerkt, dass die zuvor erwähnten Ausführungsformen der Verpressungsstruktur nicht auf eine Kombination von Aluminiummaterial und Kupfermaterial eingeschränkt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 11
    Sammelschiene
    12
    Metallplatte
    12a
    obere Fläche
    12b
    untere Fläche
    13
    leitendes Element
    14
    erster Lochabschnitt
    15
    Loch zum Einführen des positiven Anschlusses
    16
    zweiter Lochabschnitt
    17
    oberer Nutabschnitt
    18
    unterer Nutabschnitt
    19
    Körperabschnitt
    21
    vertikaler Flansch
    22
    horizontaler Flansch
    23
    Außenumfangsfläche
    24
    Innenumfangsfläche
    25
    Anschlussaufnahmeabschnitt
    26
    Anschlussaufnahmeabschnitt
    31
    Batteriemodul
    32
    Batteriezelle
    33
    positiver Anschluss
    34
    negativer Anschluss
    35
    Muttern

Claims (8)

  1. Verpressungsstruktur für Metallelemente, aufweisend: ein ebenes plattenförmiges erstes Metallelement, das einen Lochabschnitt aufweist; und ein scheibenförmiges zweites Metallelement, das in den Lochabschnitt eingesetzt und danach am ersten Metallelement befestigt ist, und zwar durch Verpressen eines Umfangs des Lochabschnittes, wobei das erste Metallelement einen Nutabschnitt beinhaltet, der in mindestens einer Fläche des ersten Metallelementes um den Lochabschnitt des ersten Metallelementes herum vorgesehen ist, und das zweite Metallelement einen vertikalen Flansch beinhaltet, der an einem Außenumfang des zweiten Metallelementes vorgesehen ist und von der mindestens einen Fläche vorragt, wobei das zweite Metallelement in den Lochabschnitt des ersten Metallelementes eingesetzt wird, und, wenn das zweite Metallelement durch Verpressen am ersten Metallelement befestigt wird, der vertikale Flansch des zweiten Metallelementes verformt wird, und der Nutabschnitt des ersten Metallelementes mit dem verformten vertikalen Flansch angefüllt wird.
  2. Verpressungsstruktur für Metallelemente, aufweisend: ein ebenes plattenförmiges erstes Metallelement, das einen Lochabschnitt aufweist; und ein scheibenförmiges zweites Metallelement, das in den Lochabschnitt eingesetzt und danach am ersten Metallelement befestigt ist, und zwar durch Verpressen eines Umfangs des Lochabschnittes, wobei das erste Metallelement Nutabschnitte beinhaltet, die in Flächen beider Seiten des ersten Metallelementes um den Lochabschnitt des ersten Metallelementes herum vorgesehen sind, und das zweite Metallelement einen vertikalen Flansch, der von der einen Fläche vorragt, und einen horizontalen Flansch beinhaltet, der von der anderen Fläche des zweiten Metallelementes vorragt, und zwar an einem Außenumfang des zweiten Metallelementes, wobei das zweite Metallelement in den Lochabschnitt des ersten Metallelementes eingesetzt wird, und, wenn das zweite Metallelement durch Verpressen auf dem ersten Metallelement befestigt wird, der horizontale Flansch des zweiten Metallelementes in einen der Nutabschnitte eingesetzt wird und der vertikale Flansch des zweiten Metallelementes verformt wird, und der andere Nutabschnitt des ersten Metallelementes mit dem verformten vertikalen Flansch angefüllt wird.
  3. Verpressungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn das zweite Metallelement durch Verpressen am ersten Metallelement befestigt ist, die eine Fläche des ersten Metallelementes und der verformte vertikale Flansch bündig zueinander sind.
  4. Verpressungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn das zweite Metallelement in den Lochabschnitt des ersten Metallelementes eingesetzt ist, der vertikale Flansch von der einen Fläche des ersten Metallelementes vorragt.
  5. Verpressungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der vertikale Flansch an dem gesamten Außenumfang der einen Fläche des zweiten Metallelementes vorgesehen ist, wobei der vertikale Flansch im Querschnitt im Wesentlichen dreieckige Gestalt hat, wobei zumindest eine Innenumfangsfläche geneigt ist, und wobei der vertikale Flansch, wenn er verpresst wird, nach außen verformt wird.
  6. Verpressungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Metallelement aus einer Kupferplatte besteht und das zweite Metallelement aus einer Aluminiumplatte besteht.
  7. Sammelschiene, aufweisend: eine Metallplatte, die mindestens ein Paar von Lochabschnitten aufweist; und ein leitendes Element, das in einen von dem Paar von Lochabschnitten eingesetzt ist und durch Verpressen auf der Metallplatte befestigt ist, wobei die Metallplatte und das leitende Element durch die Verpressungsstruktur wie beansprucht in Anspruch 1 oder 2 befestigt sind.
  8. Sammelschiene nach Anspruch 7, wobei die Metallplatte aus einem Kupfermaterial besteht und das leitende Element aus einem Aluminiummaterial besteht.
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