特許 7337896 高電流コンタクト手段および高電流コンタクト手段を動作させるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-25

(45)【発行日】2023-09-04

(54)【発明の名称】高電流コンタクト手段および高電流コンタクト手段を動作させるための方法

(51)【国際特許分類】

   B60L 53/16 20190101AFI20230828BHJP

   H01M 10/46 20060101ALI20230828BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20230828BHJP

【ＦＩ】

B60L53/16

H01M10/46 101

B60K1/04 Z

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021171315

(22)【出願日】2021-10-20

(65)【公開番号】P2022068850

(43)【公開日】2022-05-10

【審査請求日】2021-12-09

(31)【優先権主張番号】10 2020 127 836.5

(32)【優先日】2020-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】501090342

【氏名又は名称】ティーイー コネクティビティ ジャーマニー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツンク

【氏名又は名称原語表記】ＴＥ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100100077

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 充

(74)【代理人】

【識別番号】100136010

【弁理士】

【氏名又は名称】堀川 美夕紀

(74)【代理人】

【識別番号】100130030

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 夕香子

(74)【代理人】

【識別番号】100203046

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 聖子

(72)【発明者】

【氏名】リュディガー マイアー

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルデマール シュタブロート

(72)【発明者】

【氏名】フォルカー ザイペル

【審査官】井古田 裕昭

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１１７２５６５５（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０２－０６４３７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ ５３／１６

Ｈ０１Ｍ １０／４６

Ｂ６０Ｋ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電流コンタクト手段（３０）、特に自動車（１０）用の充電プラグであって、
－ 前記高電流コンタクト手段（３０）は、コンタクト要素（６０）と、冷却剤容器（７０）、吸収体容器（７５）、弁（８０）、および流体ライン（８５）を有する冷却装置（６５）とを備え、
－ 前記冷却剤容器（７０）は、前記コンタクト要素（６０）に熱的に接続され、前記吸収体容器（７５）は、前記冷却剤容器（７０）および前記コンタクト要素（６０）から距離をおいて配置され、
－ 前記冷却剤容器（７０）には、液体の冷却剤（１５５）が少なくとも部分的に充填され、前記吸収体容器（７５）には、少なくとも部分的に吸収体材料（１９０）が充填され、
－ 前記弁（８０）は前記流体ライン（８５）に配置され、前記流体ライン（８５）は前記冷却剤容器（７０）と前記吸収体容器（７５）との間に延び、
－ 前記弁（８０）は開位置と閉位置の間で調節可能であり、
－ 前記開位置で、前記冷却剤容器（７０）は前記吸収体容器（７５）に流体的に接続され、前記閉位置で、前記冷却剤容器（７０）は前記吸収体容器（７５）から流体的に分離され、
－ 前記開位置で、前記冷却剤（１５５）は前記冷却剤容器（７０）において気相に変化して、前記コンタクト要素（６０）を冷却するように設計され、前記流体ライン（８５）は、気体の前記冷却剤（１５５）を前記冷却剤容器（７０）から前記吸収体容器（７５）へ搬送するように設計され、
－前記吸収体材料（１９０）は、前記気体の冷却剤（１５５）を吸収するように設計されている、
高電流コンタクト手段（３０）。

【請求項2】

－ 加熱手段（９０）が前記吸収体容器（７５）に配置され、
－ 前記加熱手段（９０）は、前記吸収体材料（１９０）を所定の温度に加熱して、前記吸収された冷却剤（１５５）を前記吸収体材料（１９０）から除去するように設計されている、
請求項１に記載の高電流コンタクト手段（３０）。

【請求項3】

－ 前記加熱手段（９０）は、少なくとも１つの電気加熱コイル（１９５）を有し、
－ 前記加熱コイル（１９５）は、前記吸収体材料（１９０）に少なくとも部分的に埋め込まれている、
請求項２に記載の高電流コンタクト手段（３０）。

【請求項4】

－ 前記流体ライン（８５）は、前記冷却剤容器（７０）につながる第１のサブ部分（１７０）、前記吸収体容器（７５）につながる第２のサブ部分（１７５）、および前記第１のサブ部分（１７０）を前記第２のサブ部分（１７５）に流体的に接続する中間部分（１６５）を有し、
－前記流体ライン（８５）の前記中間部分（１６５）は、前記冷却剤容器（７０）および／または前記吸収体容器（７５）の上側に配置されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の高電流コンタクト手段（３０）。

【請求項5】

－ 前記コンタクト要素（６０）は、さらなる高電流コンタクト手段（４０）に電気的に接触する接触部（１１５）を有し、前記接触部（１１５）に電気的および機械的に接続された固定部（１２０）を有し、
－ 前記固定部（１２０）において、第１のリード線（３５）の導体（１３０）が第１の側（１４５）で前記固定部（１２０）に接続可能であり、
－ 前記第１の側（１４５）から離れる方を向く前記固定部（１２０）の第２の側（１５０）で、前記冷却剤容器（７０）は、前記固定部（１２０）に熱的および好ましくは機械的に接続されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の高電流コンタクト手段（３０）。

【請求項6】

－ ハウジング内部（１００）を少なくとも部分的に内側に取り囲むハウジング（９５）を有し、
－ 前記冷却剤容器（７０）は前記ハウジング内部に配置され、
－ 前記吸収体容器（７５）は前記ハウジング（９５）の外側（２２０）に配置されている、
請求項１から５のいずれか一項に記載の高電流コンタクト手段（３０）。

【請求項7】

－ 前記吸収体材料（１９０）は、結晶構造を有し、かつ／または、ゼオライトおよび／もしくは活性炭および／もしくはケイ酸塩、特にケイ酸塩ゲルおよび／もしくは重クロム酸ナトリウムおよび／もしくは臭化リチウムおよび／もしくは水酸化リチウムを含み、
－ かつ／または、
－ 前記冷却剤（１５５）は、水および／またはアルコールおよび／またはグリコールを少なくとも含む、
請求項１から６のいずれか一項に記載の高電流コンタクト手段（３０）。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の高電流コンタクト手段（３０）を動作させるための方法であって、
－ 前記弁（８０）が前記閉位置から前記開位置に移動し、
－ 前記冷却剤容器（７０）に存在する液体の前記冷却剤（１５５）が気相に変化し、前記冷却剤（１５５）は前記コンタクト要素（６０）を冷却し、
－ 気体の前記冷却剤（１５５）は、前記流体ライン（８５）を介して前記吸収体容器（７５）に流入し、
－ 前記吸収体材料（１９０）が前記気体の冷却剤（１５５）を吸収する、
方法。

【請求項9】

－ 前記コンタクト要素（６０）の動作パラメータが決定され、
－ 前記決定された動作パラメータが所定の閾値を超えると、前記弁（８０）は前記閉位置から前記開位置に移動し、
－ 前記動作パラメータは、前記高電流コンタクト手段（３０）の周囲温度および／または前記コンタクト要素（６０）を介して伝送される電流（Ｉ）に基づいて決定される、
請求項８に記載の方法。

【請求項10】

－前記開位置への前記弁（８０）の切替え後、前記弁（８０）は、好ましくは３０分～３時間の所定の第１の時間間隔の間、前記開位置に留まる、
請求項８または９に記載の方法。

【請求項11】

－ 前記コンタクト要素（６０）は、前記コンタクト要素（６０）を介した電流の伝送が終了した後に冷却され、
－ 前記加熱手段（９０）は、前記コンタクト要素（６０）が所定の第２の閾値未満まで冷却された後に作動され、前記吸収体材料（１９０）は所定の温度に加熱されて、前記吸収体材料（１９０）に蓄えられた前記冷却剤（１５５）が気相に変化するようになっており、
－ 気体の前記冷却剤（１５５）は、前記吸収体容器（７５）から前記流体ライン（８５）を介して前記冷却剤容器（７０）に流れ、前記冷却剤容器（７０）において凝縮する、
請求項８から１０のいずれか一項および請求項２に記載の方法。

【請求項12】

－ 前記加熱手段（９０）は、前記吸収体材料（１９０）を１５０℃～３００℃の温度に加熱して、前記吸収された冷却剤（１５５）が気化するようにする、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

－ 前記弁（８０）は、前記加熱手段（９０）の停止後に前記開位置から前記閉位置に切り替えられる、
請求項１１または１２に記載の方法。

【請求項14】

加熱手段（９０）が前記吸収体容器（７５）に配置され、
前記加熱手段（９０）は、前記吸収体材料（１９０）を所定の温度に加熱して、前記吸収された冷却剤（１５５）を前記吸収体材料（１９０）から除去するように設計されており、

－ 前記弁（８０）は、定期的な再生時間間隔で前記閉位置から前記開位置に周期的に反復して移動し、前記加熱手段（９０）は略同時に作動されて、前記吸収体材料（１９０）が前記所定の温度に加熱され、前記吸収体材料（１９０）に蓄えられた前記冷却剤（１５５）が気相に変化するようになっており、
－ 気体の前記冷却剤（１５５）は、前記吸収体容器（７５）から前記流体ライン（８５）を介して前記冷却剤容器（７０）に流れ、前記冷却剤容器（７０）において凝縮し、
－ 前記弁（８０）は、前記加熱手段（９０）の停止後に前記開位置から前記閉位置に切り替えられる、
請求項８から１３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、請求項１に記載の高電流コンタクト手段、および請求項８に記載の高電流コンタクト手段を動作させるための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車用の充電ソケットが知られている。充電ソケットは各々、充電ソケットと制御装置または主電池（traction battery）との間で電流を伝送するために、太い電気ケーブルに接続されたコンタクト要素を有する。伝送される電力により、コンタクト要素は著しく加熱される。コンタクト要素の著しい過熱を避けるために、最大電力を短時間だけコンタクト要素を介して伝送した後に、伝送される電力を低減させてコンタクト要素の過熱を避けなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、改良された高電流コンタクト手段、およびこのような高電流コンタクト手段を動作させるための方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

この目的は、請求項１に記載の高電流コンタクト手段、および請求項８に記載の高電流コンタクト手段を動作させるための方法によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項において特定される。

【0005】

自動車用の改良された高電流コンタクト手段を、コンタクト要素と冷却装置とを備える高電流コンタクト手段によって提供できることが認識された。冷却装置は、冷却剤容器(coolant container)、吸収体容器(absorber container)、弁、および流体ラインを有する。冷却剤容器は、コンタクト要素に熱的に接続される。吸収体容器は、冷却剤容器およびコンタクト要素から距離をおいて配置される。冷却剤容器には、液体の冷却剤が少なくとも部分的に充填され、吸収体容器には、少なくとも部分的に吸収体材料が充填される。弁は流体ラインに配置される。流体ラインは冷却剤容器と吸収体容器との間に延びる。弁は開位置と閉位置との間で調節可能である。開位置で、冷却剤容器は吸収体容器に流体的に接続され、閉位置で、冷却剤容器は吸収体容器から流体的に分離される。開位置で、冷却剤は冷却剤容器において気相に変化し、コンタクト要素を冷却するように設計されている。
流体ラインは、気体の冷却剤を冷却剤容器から吸収体容器へ搬送するように設計されている。吸収体材料は、気体の冷却剤を吸収するように設計されている。

【0006】

この設計は、相変換に必要な熱がコンタクト要素から取り出されることにより、コンタクト要素が特に良好に冷却されるという利点を有する。コンタクト要素の冷却により、コンタクト要素の過熱を避けることができる。特に、１５０アンペア～７００アンペア、特に２００アンペア～５００アンペアの範囲の高電流伝送の場合、コンタクト要素の内部抵抗、および／または、コンタクト要素とコンタクト要素を接触させることのできるさらなるコンタクト要素との間の接触抵抗、および／または、コンタクト要素と導体との間のさらなる接触抵抗は、コンタクト要素の著しい加熱を生じさせるのに既に十分である。冷却装置によるコンタクト要素の冷却により、コンタクト要素の過熱が避けられる。
特に、これにより、特に２００ｋＷ～５００ｋＷの範囲の特に高い電力を、コンタクト要素を介して長時間にわたって伝送することができ、この場合、継続時間の増加に伴って電力を低減させる必要はない。

【0007】

さらに、冷却装置は高電流コンタクト手段に組み込まれて、その結果、コンタクト要素を冷却するためのさらなる冷却装置が不要になる。したがって、高電流コンタクト手段は、特に簡単かつ費用効果の高い設計である。

【0008】

別の実施形態において、加熱手段が吸収体容器に配置され、加熱手段は、吸収体材料(absorber material)を所定の温度に加熱して、吸収された冷却剤を除去する、特に気化させるように設計されている。この設計は、吸収体材料と冷却剤とを再生することができ、冷却剤の加熱後に、吸収体材料が再び気体の冷却剤(gaseous coolant)を受け取ることができるという利点を有する。したがって、吸収体材料の再生後、コンタクト要素を、冷却手段によって複数回冷却することができる。

【0009】

この場合、加熱手段が電気加熱コイルを有し、加熱コイルが吸収体材料に少なくとも部分的に埋め込まれていると特に有利である。これにより、加熱コイルと吸収体材料との間に良好な熱伝達があって、吸収体材料を再生するために加熱コイルに通電するのに必要な電気エネルギの量が特に少なくなることを保証することができる。電気自動車またはハイブリッド車において、電気加熱コイルを加熱するための電気エネルギは主電池から取られるため、経済的な加熱コイルは特に有利である。

【0010】

別の実施形態において、流体ラインは、例えば、Ｕ字形ラインとして実現される。流体ラインは、冷却剤容器につながる第１のサブ部分、吸収体容器につながる第２のサブ部分、および第１のサブ部分を第２のサブ部分に流体的に接続する中間部分を有する。流体ラインの中間部分は、冷却剤容器および／または吸収体容器の上側に配置される。この設計は、高電流コンタクト手段が自動車に装着されると、冷却剤容器から吸収体容器への液体の冷却剤の意図しない移送が、上側に配置された中間部分によって防止されることを保証する。その結果、冷却装置の機能性が保証され、吸収体容器への液体の冷却剤の移送が防止される。

【0011】

別の実施形態において、コンタクト要素は、さらなる高電流コンタクト手段に電気的に接触する接触部を有し、接触部に電気的および機械的に接続された固定部（fastening portion）を有する。固定部において、リード線（電気リード線）の導体が第１の側で固定部に接続可能である。第１の側から離れる方を向く固定部の第２の側で、冷却剤容器は、固定部に熱的におよび好ましくは機械的に接続される。この設計は、コンタクト要素を特に良好に冷却することができるという利点を有する。コンタクト要素とリード線との両方が高い熱容量および熱伝導性を有して、冷却剤の凝縮のために気体の冷却剤から熱を放散する。これにより、冷却装置の再生時に、コンタクト要素およびさらにはリード線が、冷却剤容器の気体の冷却剤の冷却および凝縮のためのヒートシンクとして機能することが保証される。

【0012】

別の実施形態において、弁は電気的に制御可能に設計され、制御装置に電気的に接続することができる。この設計は、コンタクト要素の動作パラメータに応じて弁を切り替えることによって冷却装置を作動および停止させることができるという利点を有する。

【0013】

別の実施形態において、高電流コンタクト手段は、ハウジング内部を少なくとも部分的に内側に取り囲むハウジングを有する。冷却剤容器はハウジング内部に配置される。吸収体容器はハウジングの外側に配置される。この設計は、加熱手段の作動時に、冷却剤が凝縮する冷却剤容器が加熱手段によって不要に加熱されないことを保証する。

【0014】

別の実施形態において、吸収体材料は、結晶構造(crystal structure)を有し、かつ／または、ゼオライトおよび／もしくは活性炭および／もしくはケイ酸塩、特にケイ酸塩ゲルおよび／もしくは重クロム酸ナトリウムおよび／もしくは臭化リチウムおよび／もしくは水酸化リチウムを含む。追加としてまたは代替として、冷却剤は、水および／またはアルコールおよび／またはグリコール少なくともを含む。

【0015】

上記のコンタクト手段を動作させるための方法において、弁が閉位置から開位置に移動する。冷却剤容器に存在する液体の冷却剤が液相から気相に変化し、冷却剤はコンタクト要素を冷却する。気体の冷却剤は、流体ラインを介して吸収体容器に流入する。吸収体材料は気体の冷却剤を吸収する。この設計は、冷却剤が冷却剤容器に存在する液相と、気相との相変換により、特に多量の熱を冷却剤によってコンタクト要素から吸収することができるため、コンタクト要素を特に効果的に冷却することができるという利点を有する。

【0016】

別の実施形態において、コンタクト要素の動作パラメータが決定される。決定された動作パラメータが所定の閾値を超えると、弁は閉位置から開位置に移動する。動作パラメータは、例えば、コンタクト要素温度であってよい。動作パラメータは、例えば、高電流コンタクト手段の周囲温度および／またはコンタクト要素を介して伝送される電流に基づいて決定され得る。動作パラメータは、コンタクト要素を介して伝送される電流であってもよい。この設計は、例えば、低電流（例えば５０アンペア未満）がコンタクト要素を介して伝送されるとき、または外気温が低いことによりコンタクト要素がわずかにしか加熱されないときに、冷却装置の不要な作動を避けるという利点を有する。これは、例えば、コンタクト要素を介して高電流を伝送するために充電ステーションを交換しても、冷却装置が依然として使用可能であることを意味する。
さらに、冷却手段の耐用年数が延び、主電池への不要な負荷が避けられる。

【0017】

別の実施形態において、開位置への弁の切替え後、弁は、例えば３０分～３時間の所定の第１の時間間隔の間、開位置に維持される。これにより、冷却剤容器に存在する冷却剤が完全に気相に変化し得ることが保証される。

【0018】

別の実施形態において、コンタクト要素は、コンタクト要素を介した電流の伝送が終了した後に冷却される。冷却装置に冷却効果がなくなった場合には、冷却が環境に対して受動的に行われることがある。加熱手段は、コンタクト要素が所定の第２の閾値未満まで冷却された後に作動され、吸収体材料が所定の温度に加熱されて、その結果、吸収体材料に蓄えられた冷却剤が気相に変化する。気体の冷却剤は、吸収体容器から流体ラインを介して冷却剤容器に流れ、冷却剤容器において凝縮する。この設計は、冷却剤容器における冷却剤の安全な凝縮が保証されるという利点を有する。

【0019】

別の実施形態において、加熱手段は、吸収体材料を１５０℃～３００℃の温度に加熱して、吸収された冷却剤が気化されるようにする。これにより、吸収体材料の再生が、特に急速に行われる。

【0020】

別の実施形態において、弁は、加熱手段の停止後に開位置から閉位置に切り替えられる。これにより、冷却装置を停止させ、必要に応じて作動させることができることが保証される。

【0021】

別の実施形態において、弁は、定期的な再生時間間隔で閉位置から開位置に周期的に反復して移動し、加熱手段が略同時に作動されて、その結果、吸収体材料が所定の温度に加熱され、吸収体材料に蓄えられた冷却剤が気相に変化する。気体の冷却剤は、吸収体容器から流体ラインを介して冷却剤容器に流れ、冷却剤容器において凝縮し、弁は、加熱手段の停止後に開位置から閉位置に切り替えられる。したがって、弁のわずかな漏れがあっても、冷却装置の冷却能力を必要に応じて保証することができる。

【0022】

以下で、図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】自動車の概略図である。

【図2】図１に示す自動車の高電流コンタクト手段の、図１に示す断面Ａ－Ａに沿った断面図である。

【図3】第１の実施形態による、図１および図２に示す高電流コンタクト手段を動作させるための方法のフロー図である。

【図4】第５の方法ステップ中の高電流コンタクト手段の機能図である。

【図5】第７の方法ステップ中の高電流コンタクト手段の機能図である。

【図6】図１および図２に示す高電流コンタクト手段を動作させるための、第２の実施形態による方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下の図面において、座標系を参照する。この場合、座標系は、Ｘ軸（長手方向）、Ｙ軸（横方向）、およびＺ軸（垂直方向）を有する。

【0025】

図１は、自動車１０の概略図である。

【0026】

実施形態において、自動車１０は、ハイブリッド車として、または電気自動車として例示的に実現される。自動車は、乗用車またはトラック、特に軽量トラックであってもよい。自動車１０は、主電池１５、駆動モータ２０、制御装置２５、および高電流コンタクト手段３０を有する。主電池１５は、電気エネルギを蓄えるように設計され、例えば３０ｋＷｈ～１００ｋＷｈの容量を有する。駆動モータ２０は、電気エネルギが主電池１５から供給されると自動車１０を駆動するように設計されている。

【0027】

高電流コンタクト手段３０は、例えば、充電プラグまたは充電ソケットとして設計され、所定の向きで自動車１０に取り付けられる。高電流コンタクト手段３０は、第１のリード線３５によって制御装置２５に電気的に接続される。制御装置２５は、第２のリード線５５によって主電池１５に電気的に接続される。制御装置２５は、例えば、主電池１５を充電するための充電装置として実現され得る。

【0028】

自動車１０が充電状態にあるとき、充電ケーブル４５によって充電ステーション５０に電気的に接続されたさらなる高電流コンタクト手段４０が、高電流コンタクト手段３０に取り付けられている。充電ステーション５０は、例えば急速充電ステーションとして実現される。充電ステーション５０は、好ましくは７００ボルト～１２００ボルトの電圧で主電池１５を充電するために、少なくとも５０ｋＷ～５００ｋＷ、好ましくは少なくとも１５０ｋＷ～５００ｋＷの範囲の電力を供給するように設計されている。その結果、充電電流は約４０アンペア～７００アンペアとなり得る。電力は、充電ステーション５０から充電ケーブル４５を介してさらなる高電流コンタクト手段４０に伝送される。さらなる高電流コンタクト手段４０が高電流コンタクト手段３０に取り付けられると、電力が高電流コンタクト手段３０に伝送される。
電力は、高電流コンタクト手段３０から第１のリード線３５を介して制御装置２５に充電され、制御装置２５から第２のリード線５５を介して主電池１５に充電される。これにより、主電池１５の特に急速な充電が可能になる。

【0029】

図２は、図１に示す高電流コンタクト手段３０の、図１に示す断面Ａ－Ａに沿った断面図である。

【0030】

高電流コンタクト手段３０は、コンタクト要素６０、コンタクト要素６０を冷却するための冷却装置６５、およびコンタクト要素６０を機械的に固定するためのハウジング９５を有する。高電流コンタクト手段３０が複数のコンタクト要素６０を有することが好ましいが、図２には例として１つのコンタクト要素６０のみを示す。図２に示す高電流コンタクト手段３０の機能性について、コンタクト要素６０を参照して説明する。

【0031】

ハウジング９５は、自動車１０の車体９６に機械的に接続することができる。ハウジング９５は、ハウジング内部１００および第１のリードスルー（leadthrough）１０５を有する。高電流コンタクト手段３０のハウジング内部１００は、環境１１０から密閉されることが好ましい。コンタクト要素６０は、実施形態においてはピン型である接触部１１５と共に、ハウジング９５の第１のリードスルー１０５を貫通し、接触部１１５の第１のサブ部分と共にハウジング９５から突出する。電気接触のための接触面１１６が、ハウジング９５の外側で接触部１１５の周囲に配置される。

【0032】

コンタクト要素６０は、板状の固定部１２０を有する。固定部１２０は、接触部１１５に電気的、機械的、および熱的に接続され、接触面１１６から離れる方を向く側で接触部１１５に隣接する。接触部１１５および固定部１２０は、同じ材料から、例えば、銅および／またはアルミニウムおよび／または鋼などの導電性および熱伝導性材料から一体に形成されることが好ましい。

【0033】

さらなる高電流コンタクト手段４０（図２において破線で示される）は、さらなるコンタクト要素２１０を有し、例えば、さらなる高電流コンタクト手段４０が高電流コンタクト手段３０に取り付けられていると、さらなるコンタクト要素２１０は、接触部１１５の接触面に電気的および機械的に接触する。さらなるコンタクト要素２１０は、充電ケーブル４５を介して充電ステーション５０に電気的に接続される。

【0034】

固定部１２０は、ハウジング内部１００に配置される。さらに、第１のリード線３５は、ハウジング９５の第２のリードスルー１２５を介してハウジング内部１００に通される。第１のリード線３５は導体１３０を有し、導体１３０は５０ｍｍ^２～９５ｍｍ^２の断面積を有することが好ましい。導体１３０は、細く撚り合わされ、または超極細に撚り合わされていてもよい。第１のリード線３５のストリップ部１３５で、第１のリード線３５の電気絶縁シース１４０が導体１３０から除去される。ストリップ部１３５は、固定部１２０の第１の側１４５で固定部１２０に取り付けられ、例えば溶接される。

【0035】

実施形態において、例えば、１つの冷却装置６５が、コンタクト要素６０ごとに設けられる。冷却装置６５は、冷却剤容器７０、吸収体容器７５、電気的に切り替え可能な弁８０、流体ライン８５、および加熱手段９０を有する。

【0036】

冷却剤容器７０は、コンタクト要素６０に熱的に結合される。実施形態において、冷却剤容器７０は、例えば、ｙ方向において第１の側１４５と反対の第２の側１５０で、固定部１２０に熱的および機械的に接続される。例えば、固定部１２０と冷却剤容器７０とを、材料結合により接続することができ、例えば、はんだ付けまたは溶接することができる。第２の側１５０は、例えば平坦であってよい。

【0037】

冷却剤容器７０を、コンタクト要素６０から離間させることもでき、例えば、熱伝導性材料１５１、例えば熱伝導性化合物を介して固定部１２０に熱的に接続することもできる。図２に示す実施形態において、冷却剤容器７０は、例えば、少なくともある領域で熱伝導性材料１５１に追加的に埋め込まれて、その結果、冷却剤容器７０が固定部１２０に、したがってコンタクト要素６０に、特に効率的な方法で熱的に接続される。

【0038】

実施形態において、冷却剤容器７０は、少なくとも１．５ｃｍ^３、好ましくは２ｍｍ^３～８ｃｍ^３の容量を有する。高電流コンタクト手段３０が第１の動作状態にあるとき、冷却剤容器７０に冷却剤１５５が存在する。冷却剤１５５は、例えば水を含むことができる。冷却剤１５５は、水に加えて、または水の代わりとして、別の液体、例えばアルコールおよび／またはグリコールを含んでもよい。冷却剤１５５は、少なくとも２５℃、特に－４０℃の耐凍結性を有することが好ましい。

【0039】

第２のリードスルー１２５の方を向く側で、流体ライン８５は、第１の端部１６０で冷却剤容器７０に通じる。実施形態において、一例として、流体ライン８５はＵ字形設計である。流体ライン８５は、中間部分１６５と、例えば第１のサブ部分１７０および第２のサブ部分１８０とを有する。第１のサブ部分１７０は、第１の端部１６０と中間部分１６５との間で、第１の直線に沿って略ｚ方向に延びる。図２に示すように、この場合、第１のサブ部分１７０を、導体１３０の範囲および／またはＺ軸の方向に対して斜めに向けることができる。第１のサブ部分１７０は、ハウジング９５の第３のリードスルー１７５を貫通する。中間部分１６５は、ハウジング９５の外側で、冷却剤容器７０からｚ方向にずれて配置される。

【0040】

第２のサブ部分１８０は、（ｙ方向において）第１のサブ部分１７０から離れる方を向く側で、中間部分１６５に隣接する。一例として、第２のサブ部分１８０は、導体１３０と同様にｚ軸に平行に延びる。第２のサブ部分１８０は、流体ライン８５の第２の端部１８５で、吸収体容器７５に通じる。

【0041】

吸収体容器７５には、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、吸収体材料１９０が充填される。吸収体材料１９０は、例えば、結晶構造、好ましくは冷却剤吸収結晶構造を有し、かつ／または、ゼオライトおよび／もしくは活性炭および／もしくはケイ酸塩、特にケイ酸塩ゲルおよび／もしくは重クロム酸ナトリウムおよび／もしくは臭化リチウムおよび／もしくは水酸化リチウムを含むことができる。追加としてまたは代替として、冷却剤１５５は、少なくとも水および／またはアルコールおよび／またはグリコールを含む。吸収体容器７５、冷却剤容器７０、および流体ライン８５が真空下にあって、例えば、流体ライン８５および／または吸収体容器７５および／または冷却剤容器７０のガス圧が、第１の動作状態において０．００００１ＭＰａ～０．０１ＭＰａであると特に有利である。

【0042】

加熱手段９０は、例えば、少なくとも１つの電気加熱コイル１９５と供給ライン２００とを有する。供給ライン２００は、加熱コイル１９５を制御装置２５に電気的に接続する。加熱コイル１９５は、吸収体材料１９０に完全に埋め込まれることが好ましい。この場合、埋込みは、加熱コイル１９５が吸収体材料１９０によって完全に囲まれていることを意味するものと理解される。

【0043】

弁８０は、制御ライン２０５によって制御装置２５に電気的に接続される。実施形態において、弁８０は、例えば中間部分１６５に配置される。弁８０を、例えば第１のサブ部分１７０または第２のサブ部分１８０に、異なって配置することも可能である。

【0044】

弁８０は閉位置と開位置とを有し、弁８０は開位置と閉位置との間で移動可能である。閉位置で、弁８０は、吸収体容器７５を冷却剤容器７０から流体的に分離する。開位置で、流体ライン８５は、冷却剤容器７０を吸収体容器７５に流体的に接続する。

【0045】

実施形態において、中間部分１６５は、例えば、（ｚ方向において）第１のサブ部分１７０および／または第２のサブ部分１８０の上方に配置される。高電流コンタクト手段３０が自動車１０に装着される場合、冷却剤容器７０は、例えば、ｚ方向において吸収体容器７５の下方に配置される。吸収体容器７５と冷却剤容器７０とを、同じ高さに配置してもよい。あるいは、冷却剤容器７０を吸収体容器７５の上方に配置することも可能である。さらに、高電流コンタクト手段３０が自動車１０に装着される場合、中間部分１６５は、冷却剤容器７０および／または吸収体容器７５の上方に配置される。例えば、第２のリードスルー１２５および第３のリードスルー１７５は、コンタクト要素６０の上方で共通のｘｙ平面に配置される。流体ライン８５のＵ字形設計は、弁８０が開位置にあるときに、冷却剤容器７０から吸収体容器７５への液体の冷却剤１５５の不要なオーバフローが避けられるという利点を有する。

【0046】

吸収体容器７５は、接触面１１６から離れる方を向くハウジング９５の側で、ハウジング９５のハウジング外面２２０のハウジングウエブ２１５に取り付けられる。吸収体容器７５をハウジング９５から、特に冷却剤容器７０から断熱する断熱層２１６を、この場合、吸収体容器７５とハウジング９５との間に設けることができる。

【0047】

制御装置２５は、制御手段２２５、制御手段２２５へのデータ接続部を有するデータ格納手段２３０、および制御手段２２５に接続されたインタフェース２３５を備える。

【0048】

第１の時間間隔の値、第２の時間間隔の値、および第１の閾値Ｓ１が、データ格納手段２３０に格納される。加えて、パラメータがデータ格納手段２３０に格納されてもよい。パラメータは、例えば、表形式の割当て、数学的アルゴリズム、コンピュータプログラム、または特性要因図であってよい。

【0049】

インタフェース２３５は、制御ライン２０５、供給ライン２００に接続され、かつ好ましくは、第１のリード線３５の導体１３０および第２のリード線５５に接続される。加えて、インタフェース２３５を、第１の信号線２４０を介して自動車１０の温度センサ２４５に接続することができる。温度センサ２４５を、例えば自動車１０の外気温センサとして設けることができる。第１の信号線２４０、供給ライン２００、および／または制御ライン２０５は、バスシステム、特にＣＡＮバスの一部であってよい。

【0050】

図３は、第１の実施形態による、図１および図２に示す高電流コンタクト手段３０を動作させるための方法のフロー図である。図４は、第５の方法ステップ３２５中の高電流コンタクト手段３０の機能図であり、図５は、第７の方法ステップ３３５中の高電流コンタクト手段３０の機能図である。

【0051】

第１の方法ステップ３０５において、自動車１０が充電ステーション５０から切り離され、さらなる高電流コンタクト手段４０が高電流コンタクト手段３０から取り外される。第１の方法ステップ３０５において、弁８０は、閉位置および第１の動作状態にある。この場合、弁８０が閉位置で非通電状態のまま維持されると特に有利である。

【0052】

さらに、冷却剤容器７０に液体の冷却剤１５５が充填される。例えば、冷却剤容器７０に、例えば２グラムの冷却剤１５５を充填することができる。さらに、第１の方法ステップ３０５において、吸収体材料１９０が乾燥状態で吸収体容器７５に存在する。吸収体材料１９０は、高電流コンタクト手段３０の周囲温度を有することが好ましい。２グラムの冷却剤１５５に対して、１０グラムの吸収体材料１９０が乾燥状態で吸収体容器７５に設けられることが好ましい。さらに、第１の方法ステップ３０５において、例えば制御手段２２５によって、加熱手段９０が停止され、非通電状態になる。

【0053】

第２の方法ステップ３１０において、さらなる高電流コンタクト手段４０が高電流コンタクト手段３０に差し込まれ、充電動作が開始される。充電動作は、例えば制御装置２５によって監視され実行される。この場合、制御手段２２５は、第１のリード線３５を第２のリード線５５に接続することができる。

【0054】

制御手段２２５は、主電池１５を充電するためにコンタクト要素６０を介して伝送される電流Ｉを決定することが好ましい。充電中、コンタクト要素６０は、接触面１１６とさらなるコンタクト要素２１０との間の第１のオーム接触抵抗、導体１３０と固定部１２０との間の第２のオーム接触抵抗、およびコンタクト要素６０の内部オーム抵抗によって加熱される。

【0055】

第２の方法ステップ３１０中、第１の温度センサ２４５は、例えば、自動車１０の外気温Ｔ_Ａを決定する。第１の信号線２４０を介して、第１の温度センサ２４５は、外気温Ｔ_Ａに対応する第１の温度信号をインタフェース２３５に提供し、インタフェース２３５は、第１の温度信号を制御手段２２５に転送する。

【0056】

制御手段２２５は、所定のパラメータ、決定された外気温Ｔ_Ａ、および決定された、コンタクト要素６０を流れる電流Ｉに基づいて、コンタクト要素６０のコンタクト要素温度Ｔ_Ｋを計算することができる。

【0057】

第２の方法ステップ３１０に続く第３の方法ステップ３１５において、制御手段２２５は、コンタクト要素６０の動作パラメータとしての、決定されたコンタクト要素温度Ｔ_Ｋを、所定の第１の閾値Ｓ１と比較する。第１の閾値Ｓ１は、例えば５０℃～７０℃であってよい。動作パラメータ、例示的な実施形態においてはコンタクト要素温度Ｔ_Ｋが、所定の第１の閾値Ｓ１未満である場合、制御手段２２５は第４の方法ステップ３２０へ進む。動作パラメータとしてのコンタクト要素温度Ｔ_Ｋが所定の第１の閾値Ｓ１よりも大きい場合、制御手段２２５は第５の方法ステップ３２５へ進む。

【0058】

第４の方法ステップ３２０において、制御手段２２５は、例えば閉信号によって、弁８０を閉位置に保持し続ける。第４の方法ステップ３２０の後、第２の方法ステップ３１０が繰り返される。

【0059】

第５の方法ステップ３２５（図４参照）において、制御手段２２５は、インタフェース２３５および制御ライン２０５を介して弁８０に転送される開信号によって弁８０を制御し、例えば、弁８０が第１の時間間隔の間に閉位置から開位置に移動するようにする。開位置で、弁８０は冷却剤容器７０を吸収体容器７５に流体的に接続する。

【0060】

弁８０が開くことによって、液体の冷却剤１５５は液相から気相に変化する。相変化を生じさせるために、液体の冷却剤１５５は、コンタクト要素６０から第１の熱Ｑ_Ｓを吸収することにより、コンタクト要素６０を冷却する（図４および図５は、コンタクト要素６０から冷却剤１５５への第１の熱Ｑ_Ｓの第１の熱流Ｑ^・ _Ｓを示す）。コンタクト要素６０の冷却は、４０アンペア～７００アンペア、特に２００アンペア～５００アンペアの高電流Ｉがコンタクト要素６０を介して伝送されるにもかかわらず、コンタクト要素６０の加熱によって、例えば９０℃未満のコンタクト要素温度Ｔ_Ｋが確保されることを保証する。さらに、コンタクト要素６０の冷却によって、第１のリード線３５のストリップ部１３５も冷却される。

【0061】

冷却により、主電池１５を充電するための電力を低減させる必要はない。

【0062】

したがって、コンタクト要素６０の冷却は、主電池１５を充電ステーション５０によって特に急速に充電することができ、主電池１５を充電する充電動作が特に短くなることを保証する。さらに、導体１３０の断面積を特に小さく維持することができる。したがって、例えば、断面積を上記のサイズ（５０ｍｍ^２～９５ｍｍ^２）から４５ｍｍ^２～７５ｍｍ^２に縮小することができる。さらに、導体１３０の断面積を、コンタクト要素を介した電流伝送の継続時間に応じて最適化することができる。

【0063】

気体の冷却剤１５５は、冷却剤容器７０から流体ライン８５に流入し、弁８０を介して吸収体容器７５に向かって流れる。吸収体容器７５において、吸収体材料１９０は気体の冷却剤１５５を吸収する。そのプロセスで、吸収体材料１９０が加熱される。気体の冷却剤１５５の吸収時に生じた熱Ｑ_Ａは、吸収体容器７５によって吸収され、高電流コンタクト手段３０の環境１１０に放出される（図４は、第２の熱Ｑ_Ａの第２の熱流Ｑ^・ _Ａを示す）。放出される第２の熱Ｑ_Ａは、特に自動車１０の内部に放出されてもよい。断熱層２１６によるハウジング９５からの吸収体容器７５の断熱は、ハウジング９５が第２の熱Ｑ_Ａによって損傷することを防ぐ。さらに、吸収体容器７５は、冷却剤容器７０およびそれに含まれる冷却剤１５５を加熱することを防ぐ。

【0064】

第６の方法ステップ３３０において、所定の第１の時間間隔、例えば３０～１８０分間待機する。第１の時間間隔内で、主電池１５を充電するためにコンタクト要素６０を介して伝送される電流Ｉが低減する程度まで、主電池１５が充電され、これによりコンタクト要素６０の加熱を低減させる。弁８０が開いた後３０分以内に、自動車１０の運転者が充電動作を途中で終了させることができる程度まで主電池１５の充電動作を完了させることが好ましい。あるいは、主電池１５が略完全に充電される程度まで充電動作を進めてもよい。第１の時間間隔内および充電中に、冷却装置６５はコンタクト要素６０を冷却する。コンタクト要素６０を冷却するための冷却プロセスは、冷却剤１５５が液相から気相に完全に変化すると終了する。

【0065】

加えて、第１の時間間隔は、コンタクト要素６０および導体１３０が、充電後、実質的に高電流コンタクト手段３０の周囲温度まで冷却されるのに十分な時間があるような時間間隔である。

【0066】

第６の方法ステップ３３０に続く（すなわち、第１の時間間隔の待機に続く）第７の方法ステップ３３５において、制御手段２２５は、インタフェース２３５を介して加熱手段９０を作動させる（図５参照）。加熱手段９０を作動させると、主電池１５から電気加熱コイル１９５に電気エネルギが供給される。加熱コイル１９５は、吸収体材料１９０を、好ましくは１５０℃～３００℃の温度に加熱する。これにより、吸収体材料１９０に吸収された冷却剤１５５が気化され、吸収体材料１９０が乾燥する。断熱層２１６は、ハウジング９５を熱損傷から保護する。

【0067】

気化した高温の冷却剤１５５は、流体ライン８５および開いた弁８０を介して冷却剤容器７０に流入する。冷却剤容器７０がコンタクト要素６０に熱的に結合され、コンタクト要素６０を介して導体１３０に熱的に結合されることにより、冷却剤容器７０に対してヒートシンクとして作用する。気体の冷却剤１５５は、冷却剤容器７０において凝縮し、凝縮後、再び液体の冷却剤１５５として存在する。凝縮に必要な冷却剤１５５からの放熱Ｑ^・ _Ｋは、コンタクト要素６０および導体１３０を介して放散され、環境１１０に放出される。導体１３０は、その大きい断面により、特に高い熱容量を有する。

【0068】

加熱手段９０が制御手段２２５によって作動される第２の時間間隔、例えば１５分～３０分の経過後、制御手段２２５は加熱手段９０を停止させ、閉信号によって弁８０を制御して、第８の方法ステップ３４０において弁８０が開位置から閉位置に移動するようにする。

【0069】

第８の方法ステップ３４０の後、方法は第２の方法ステップ３１０に進む。

【0070】

第７の方法ステップ３３５および第８の方法ステップ３４０を、弁８０が開いた後に定期的な再生時間間隔で繰り返して、弁８０のわずかな漏れがある場合に吸収体材料１９０を再生することができる。再生時間間隔は、例えば２４時間～１週間であってよい。これにより、必要に応じて冷却手段６５の最適な冷却能力が保証される。

【0071】

図６は、第２の実施形態による、図１および図２に示す高電流コンタクト手段３０を動作させるための、第２の実施形態による方法のフロー図である。

【0072】

この方法は、図３で説明した方法と略同一である。以下では、図６で説明する方法と図３で説明した方法との相違のみを論じる。

【0073】

加えて、第９の方法ステップ３４５および第９の方法ステップ３４５に続く第１０の方法ステップ３５０は、第６の方法ステップ３３０と第７の方法ステップ３３５との間に実行される。

【0074】

第９の方法ステップ３４５は、第６の方法ステップ３３０に続き、第２の方法ステップ３１０と略同一である。第９の方法ステップ３４５において、動作パラメータが再び決定されて、その結果、第２の方法ステップ３１０に対して動作パラメータが更新される。この場合、第２の方法ステップ３１０と同様に、コンタクト要素６０を介して伝送される外気温Ｔ_Ａおよび電流Ｉが再び決定され、コンタクト要素温度Ｔ_Ｋが、外気温Ｔ_Ａ、伝送される電流Ｉ、および、例えば動作パラメータとしてのパラメータに基づいて再び決定される。

【0075】

第９の方法ステップ３４５に続く第１０の方法ステップ３５０において、更新された動作パラメータ、例えば、第９の方法ステップ３４５において決定された、更新されたコンタクト要素温度Ｔ_Ｋを、データ格納手段２３０に格納された所定の第２の閾値Ｓ２と比較する。

【0076】

決定されたコンタクト要素温度Ｔ_Ｋが第２の閾値Ｓ２未満である場合、プロセスは第７の方法ステップ３３５に進む。決定されたコンタクト要素温度Ｔ_Ｋが第２の閾値Ｓ２を超える場合、プロセスは第６の方法ステップ３３０に進み、再び第１の時間間隔待機する。実施形態において、第１の時間間隔が図３に比べて短縮されることが有利である。したがって、第１の時間間隔は１５分から３０分であってよい。再び第１の時間間隔待機すると、主電池１５を充電するための充電動作を完了することができ、かつ／または、コンタクト要素６０および導体１３０が周囲温度まで冷却されるのに十分な時間がある。

【0077】

第２の閾値Ｓ２は、第１の閾値Ｓ１よりも低いことが好ましい。実施形態において、第２の閾値Ｓ２は、例えば３０℃～５０℃であってよい。

【0078】

上記のコンタクト要素６０の動作パラメータの決定に代わるものとして、例えば、コンタクト要素６０を介して伝送される電流Ｉを、コンタクト要素温度Ｔ_Ｋの代わりに動作パラメータとして使用してもよい。例えば、第１の閾値Ｓ１は、５０アンペア～２００アンペアの値を有する。第２の閾値Ｓ２は、第１の閾値Ｓ１よりも小さくなるように選択され、例えば３０アンペア～１００アンペアであってよい。

【0079】

上記の高電流コンタクト手段３０の設計は、さらなる冷却装置６５が不要であるという利点を有する。冷却装置６５は、高電流コンタクト手段３０に組み込まれて、特に、受動冷却（passive cooling）用の大型ヒートシンク、能動冷却（active cooling）用のファンなどが不要になっている。加えて、コンタクト要素６０およびコンタクト要素６０に接続された導体１３０の冷却により、導体１３０の断面を特に小さく維持することができる。これにより、導体１３０を制御装置２５および主電池１５に接続するための重量が大きく節約される。さらに、断面が小さいことにより、第１のリード線３５を特に狭い半径に敷設することができ、その結果、高電流の車両電気システムを実現するために必要な設置スペースが減少する。

【0080】

高電流コンタクト手段３０が複数のコンタクト要素６０を有する場合、冷却装置６５をコンタクト要素６０ごとに設けることができる。あるいは、吸収体容器７５を、例えば複数の流体ライン８５を介して、コンタクト要素６０に各々配置される複数の冷却剤容器７０に流体的に接続することができる。この設計は、高電流コンタクト手段３０のコンタクト要素６０の各々が冷却されるという利点を有する。

【0081】

さらに、組み込まれた冷却装置６５により、必要な設置スペースと高電流コンタクト手段３０の大きさとを減少させることができる。さらに、高電流コンタクト手段３０の大きさを減少させることができる。

【符号の説明】

【0082】

１０ 自動車
１５ 主電池
２０ 駆動モータ
２５ 制御装置
３０ 高電流コンタクト手段
３５ 第１のリード線
４０ さらなる高電流コンタクト手段
４５ 充電ケーブル
５０ 充電ステーション
５５ 第２のリード線
６０ コンタクト要素
６５ 冷却装置
７０ 冷却剤容器
７５ 吸収体容器
８０ 弁
８５ 流体ライン
９０ 加熱手段
９５ ハウジング
９６ 車体
１００ ハウジング内部
１０５ 第１のリードスルー
１１０ 環境
１１５ 接触部
１１６ 接触面
１２０ 固定部
１２５ 第２のリードスルー
１３０ 導体
１３５ ストリップ部
１４０ シース
１４５ 第１の側
１５０ 第２の側
１５１ 熱伝導性材料
１５５ 冷却剤
１６０ 第１の端部
１６５ 中間部分
１７０ 第１のサブ部分
１７５ 第３のリードスルー
１８０ 第２のサブ部分
１８５ 第２の端部
１９０ 吸収体材料
１９５ 加熱コイル
２００ 供給ライン
２０５ 制御ライン
２１０ さらなるコンタクト要素
２１５ ハウジングウエブ
２１６ 断熱層
２２０ ハウジング外面
２２５ 制御手段
２３０ データ格納手段
２３５ インタフェース
２４０ 第１の信号線
２４５ 第１の温度センサ
２５０ 第２の信号線
２５５ 第２の温度センサ
３０５ 第１の方法ステップ
３１０ 第２の方法ステップ
３１５ 第３の方法ステップ
３２０ 第４の方法ステップ
３２５ 第５の方法ステップ
３３０ 第６の方法ステップ
３３５ 第７の方法ステップ
３４０ 第８の方法ステップ
３４５ 第９の方法ステップ
３５０ 第１０の方法ステップ
Ｑ_Ｓ 第１の熱
Ｑ_Ａ 第２の熱
Ｑ_Ｋ 熱
Ｔ_Ｋ コンタクト要素温度
Ｔ_Ａ 外気温
Ｉ 伝送される電流／充電電流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】