CN102396114B - 自对准和消除震动作用的电池连接器 - Google Patents

Abstract

公开了支持电连接的方法和装置。诸如电池端子的预先装备导线接口的系统能够装备连接器组件以显著降低对用户的电气危险。连接器组件包含应力消除部件，应力消除部件减弱施加到自身的力以降低该力对连接器组件的作用。通过减弱力，连接器组件保持在相对于电池组部件的实质上固定的位置，并且减小电连接中断的可能性。本文公开的技术通过增大安全性、可靠性和工效性有益于电池组或者其他设备的用户以及制造商。

Description

自对准和消除震动作用的电池连接器

相关申请

本申请是于2009年4月13日递交的、第12/386,034号美国申请的后续申请。该美国申请的全部教导通过引用的方式包含到本文。

发明背景

已知在现有技术中电池连接系统将多种设备连接到电池以便抽运功率。简单的电池连接系统分别在电池端子与设备之间使用电线导电。通常，一对导线连接到电池和设备的相应的正极端子和负极端子。

发明概述

本发明的一个实施例是包含板的连接器组件，所述板具有上表面和下表面并且限定在所述上表面和所述下表面之间延伸的开口。所述连接器组件还包含连接器外壳，所述连接器外壳突出到所述板的下表面下方并且限定连接器外壳的内部。所述内部限定在开口下方延伸的插孔。所述连接器组件还包含应力消除部件，所述应力消除部件耦合到所述板以将施加到所述应力消除部件的力从所述板去耦。

所述连接器组件还可以包括在所述插孔内的至少一个第一电端子，所述第一电端子被配置成在所述连接器组件与所述电池组部件接合时，其与电池组部件的至少一个第二电端子电耦合。所述连接器外壳部件可以包括多个连接器外壳构件，每一个连接器外壳构件包括对应的电端子。

所述应力消除部件可以包括多个应力消除器，在所述板的上方、下方或者平面内共同安置每一个应力消除器。所述插孔可以定位在所述多个应力消除器之间。所述应力消除器可以被配置成提供固位力以保持所述板在所述板的平面内实质上固定的位置。所述应力消除器可以被配置成当所述连接器组件接合所述电池组部件时，通过紧靠至少一个在毗邻所述板的元件上的定位构件来提供所述固位力。

在一些实施例中，所述连接器外壳还可以突出到所述板的所述上表面上方。

另一个实施例是一种支持电连接的方法。所述方法包括使导电体易于通过板的上表面到达由在所述板的下表面上的连接器外壳限定的插孔，并且减弱试图施加在所述板上的力以减小在所述导电体和与所述插孔关联的另一个导电体之间的电连接中断的可能性。所述方法还可以包括支持在所述插孔处的在所述连接器外壳的第一电端子和与所述连接器外壳配对的结构关联的第二电端子之间的电耦合。

减弱所述力可以包括从所述板去耦施加到结合到所述板的应力消除部件的所述力。减弱所述力可以包括通过多个应力消除器提供固位力，在所述板的上方、下方或者平面内共同安置每一个应力消除器。所述插孔可以定位在所述应力消除器之间。

另一个实施例是一种电池组，所述电池组包括电池组部件和连接器组件，所述连接器组件被配置成与所述电池组部件接合。所述连接器组件包括应力消除部件，所述应力消除部件被配置成以一种保持所述连接器组件相对于所述电池组部件的位置的方式减弱力对所述连接器组件的作用。所述应力消除部件还被配置成在所述连接器组件与所述电池组部件接合时减小在所述连接器组件和所述电池组部件之间的电接口的电连接中断的可能性。

连接器组件可以被配置上述实施例中的形式。例如，所述应力消除部件可以包括多个应力消除器，在所述板的上方、下方或者平面内共同安置每一个应力消除器。所述应力消除器可以配置成提供固位力以保持所述连接器组件相对于所述电池组部件实质上固定的对准。

所述连接器组件可以包括至少一个第一电端子，所述第一电端子被配置成与所述电池组部件的至少一个第二电端子电耦合以向在所述第一电端子和第二电端子之间的电接口供电。

所述电池组部件可以包括倒角以在所述连接器组件与所述电池组部件接合过程中对准所述连接器组件与所述电池组部件。

本发明的另一个实施例是一种向电气设备提供电池电力的方法。向在连接器组件和电池组部件之间的接口供电以向所述电气设备提供电池电力。以一种保持所述连接器组件相对于所述电池组部件的位置的方式减弱试图施加在所述连接器组件上的力以减小所述电连接中断的可能性。所述方法还可以包括提供固位力以保持所述连接器组件相对于所述电池组部件实质上固定的对准。

所述方法还可以包括在配对过程中对准所述连接器组件与所述电池组部件以引导所述连接器组件的第一连接器外壳到达相对于所述电池组部件的第二连接器外壳的期望的对准位置。

减弱所述力可以包括从所述板去耦施加到应力消除部件的所述力，所述应力消除部件结合到所述连接器组件的所述板。

使用连接器组件或者对应的方法的实施例显著地降低或者消除了在电气设备彼此的电连接过程中向用户传递电击的可能性。

另一个实施例是一种电池组部件，其具有第一安置结构和第二安置结构，第一安置结构被配置成固定电池，第二安置结构具有电耦合到所述电池的第一电端子。所述第二安置结构被配置成以足够的机械间隙容纳包括第二电端子的连接器组件，以实现在所述第二安置结构和所述连接器组件之间的应力消除相关的位移效果，同时保持在所述第一电端子和所述第二电端子之间的电耦合。

所述第二安置结构还可以包括倒角，所述倒角用于在所述连接器组件与所述电池组部件接合过程中自动地对准所述连接器组件与所述电池组部件。

可以通过紧靠至少一个定位构件的所述连接器组件上的应力消除器，减弱机械震动或者其他的机械运动对所述连接器组件或者所述电池组部件相对于所述电池的所述位移效果。

所述电池组部件可以具有至少一个与所述电池组部件整合的定位构件。

附图的简要描述

根据下面对本发明的典型实施例的更加具体的描述，及在在附图中的图示内容，上述内容将更加清楚，在附图中，在不同的附图中相同的参考字符指的是相同的部分。附图不必按比例绘制，而是重点在于图示本发明的实施例。

图1A是在本发明的一个实施例中的连接器组件和电池组部件的透视图。

图1B是在本发明的一个实施例中的连接器组件的透视图。

图1C是在本发明的一个实施例中的连接器组件的俯视图。

图2A-C是在本发明的一个实施例中的在接合的各个阶段的连接器组件和电池组部件的侧面剖面图：A)在接合之前；B)接合开始；C)接合后。

图3是在本发明的一个实施例中的与电池组部件接合的连接器组件的侧面剖视图。

图4A-B是示出了在本发明的一个实施例中的应力消除部件的力线图：A)径向力；B)横向力。

图5是本发明的一个实施例的流程图。

图6是本发明的另一个实施例的流程图。

图7是在本发明的一个实施例中的被配置成容纳连接器组件的电池组部件的侧面剖面图。

本发明的详细描述

下面描述本发明的示例性实施例。

本文引用的所有专利、公开的申请和参考文献的教导通过引用全部并入本文。

直接在设备和电池端子之间连接导线是简单的技术，但是由于几个原因，这样做是不利的。因为在导线和电池之间第一次接触时可以出现电火花，所以直接操作导线可以对人类用户构成危险。要求用户手动确保电连接是不方便的，并且基于设备和电池的空间配置，这样做可能会比较麻烦。如果外部的机械力移动了导线，使导线裸露将导致电连接的中断。

已知机械组件通过使用保护用户的绝缘体(例如塑料制品)屏蔽用户与导线的直接接触。但是，这样的组件容易受到外部的机械震动的影响，其可以将组件从电池断开并且中断电流。这样的机械震动，即使幅度很小，久而久之也可以损坏组件。期望一种提供减弱震动作用的技术。

本发明的实施例克服了上述缺点，并且提供了以增加用户的可用性和安全性的方式连接到电池的技术。

图1A是在本发明的一个实施例中的连接器组件100和电池组部件150的透视图。包括连接器组件100和电池组部件150的系统被称为电池组。连接器组件可以用作将电池(以电池组部件150表示)连接到外部设备(没有示出)的桥。电池组部件150可以包括电池本身，该电池包含一个或者多个电池单元，例如该电池可以用于诸如不间断电源(UPS)的设备。本文公开的用于电池连接的技术也可以在其他的电气环境中使用。

连接器组件100具有板105，板105具有上表面110和下表面112。板105限定了贯串上表面110和下表面112之间的开口，使导电体(没有示出)能通过上表面110和下表面112。开口的一部分如图1A中的120所示。板105一般是连接器组件100的最大的零件，其方向与导电体的通道方向垂直。在这个实施例中板105被示出为平面，但是板105可以是曲面或者其他表面，其限定贯串上表面110和下表面112之间的开口，这种情况下板105的“平面”与导电体的通道垂直。一般地，板105是限定使导电体能通过的开口的结构，如上所述。

在板的下表面112向下突出的是连接器外壳115，在一个实施例中如图1A所示为两个分离的连接器外壳构件115。在其他的实施例中，连接器外壳115可以是单个突起或者可以具有超过两个的突起构件。在一些实施例中，连接器外壳115除了在板105下方延伸外，也可以在板105上方延伸。在一些实施例中，连接器外壳115和板105是整体形成的，也就是一个零件。连接器外壳115限定了连接器外壳的内表面，该内表面限定插孔120，插孔120在板105限定的开口下方延伸。插孔120通常是导电体可以通过以支持电流流通的通道。

当连接器组件100(具体是连接器外壳115)插入电池组部件150的孔160时(孔160被设置为容纳连接器外壳115)，经由插孔120建立电连接。连接器组件100的连接器外壳115可以称为第一连接器外壳115，并且如所述的插入在电池组部件150内的对应的第二连接器外壳(如图3中360所示)。第一连接器外壳115和第二连接器外壳可以具有相应的阳性和阴性特征，例如，如上面描述的外壳构件115插入孔160中。在一些实施例中，多个连接器外壳构件115具有极性，该极性确保多个连接器外壳构件115可以插入孔160的特定方向。第一连接器外壳115也可以具有被配置为与对应的第二连接器外壳360的阳性部分匹配(耦合)的阴性部分，如下面在电气端子的上下文中讨论的。在其他的实施例中，第一连接器外壳115和第二连接器外壳360的阳性/阴性属性可以颠倒。

电池组部件可以包含倒角(斜角)155以在连接器组件100与电池组部件150的孔160接合时自动地对准连接器组件100和电池组部件150的孔160(称为自对准的过程)。倒角155保证用户不需要担心在使用传统技术进行插入(配对)的过程中的对准问题。倒角155确保在第一连接器外壳115和第二连接器外壳360之间沿着两者共同的竖直轴进行特定的对准，其不需要仔细的人工操作或者控制而提供基于接合的可靠的电连接。连接器组件100可以与电池组部件150配对，并且该配对也可以在第一连接器外壳115和第二连接器外壳360之间进行。

应力消除部件130耦合到板105的上表面110。在该上下文中“耦合的”意思是结合的，直接或者间接，以便应力消除部件130被配置成从板105减弱可能作用到应力消除部件130的力，如下面进一步描述。在一些实施例中，应力消除部件130物理连接到连接器组件100的第一连接器外壳115，在这种情况下应力消除部件130间接耦合到板105。耦合到板105的应力消除部件130吸收施加的力，减弱力在板105上的幅度和震动。减弱来自板105的力的作用在于保护板105不受机械磨损，并且还保持板105在大体上固定的位置和方向，也就是，由于机械震动，在位置和方向上具有最小的改变。以这种方式固定板105降低了连接器组件100从电池组部件150移出的可能性。这样的移出可以导致传统技术中的电流中断。在可替换的实施例中，应力消除部件130可以附着到板105的边缘、板105的底部、或者板105的任何面的组件。

在一个实施例中，如图1A所示，应力消除部件130是在板105的上表面110上的多个应力消除器130。在这个实施例中，插孔120位于应力消除器130之间。在其他的实施例中，应力消除部件130包含单个应力消除器130。应力消除部件130可以围绕插孔120布置，例如以插孔120为中心进行环形配置。在其他的实施例中，应力消除器130可以在插孔120的对角布置，或者在线的端点布置而插孔120在端点之间。在一些实施例中，应力消除器130可以极化以定向在特定的方向，或者允许在接合过程中进行特定的配置。

应力消除器130具有韧性的、网状的、肋条状的结构，其被配置成对力屈伸而不会断裂。在一种实施例中，应力消除器130被示出在板105的公共侧(上表面110)上，但是在其他的实施例中，应力消除器130可以在相对的侧。应力消除器通过在与作用力相反的方向上提供固位力从而在与板105平行的平面上消除应力(每单位面积的力)，导致作用到板105的减弱的净力。本领域技术人员应当理解，如果不在板105的平面内的力(但是不与板105垂直)作用于应力消除器130，该力的相应分力(投影)将从板105去耦。虽然在图1A中示出了应力消除器130的特定的配置，本领域技术人员应当理解其他种类的应力消除器可以用于将板105与外部机械力隔离。特别地，其他种类的应力消除器可以将板105主要从平行于该板的力以外的力去耦。

在一种实施例中，连接器组件100被配置成一端插入电池组部件155的孔160，并且连接器组件100被配置成在另一端容纳抽取功率的设备(没有示出)。在一些实施例中，连接器组件100保持静止，而电池组部件相对连接器组件100移动。任何一种方式，经由连接器组件100在电池(电池组部件150)和设备之间支持电连接。

图1B是在本发明的一个实施例中连接器组件100的透视图，其中应力消除器130耦合到板105的边缘。在这个实施例中，连接器组件100被配置成沿槽113滑动，槽113被限定在作为连接器组件100的安装底架且毗连(但不必须是物理连接)板105的表面170中。连接器组件可以在槽113的末端降低进入位置，以便应力消除器130紧靠一个定位构件165(或者多个定位构件，如图1B所示)，因而提供固位力以保持连接器组件100的位置和对准。当连接器组件100与电池组部件150接合时，该定位构件(或者多个定位构件)可以在毗邻板105的元件上。在另外的实施例中，连接器组件100沿着槽113滑动，例如，挤压应力消除部件130以定位连接器组件100在适当的位置，而不需要降低连接器组件100。

图1C是在本发明的一个实施例中的连接器组件100的俯视图。在插孔120中至少有一个第一电端子135。在本实施例中示出的插孔120具有两个部分，这两个部分封装相应的正的和负的电端子(通常为135)。在这个实施例中，正的和负的电端子在相应的连接器外壳构件115内。在本领域中应当理解，在本发明的实施例中，在连接器组件100内可以使用一个或者多个第一电端子135以支持电连接，并且相应地可以使用多个连接器外壳构件115。连接器组件100被配置成经由插孔从板105的上表面110容纳设备，以便这样的设备能够电耦合到第一电端子135。

图2A-图2C是在本发明的一个实施例中在接合的各个阶段的连接器组件100和电池组部件150的侧面剖面图。图2A示出了在接合之前的配置，此时由于变化的电池尺寸或者包装偏差，连接器组件100可能没有与电池组部件对准。电池组部件150的倒角155被设计以校正这样的错位。

图2B示出了与电池组部件150接合的连接器组件100。在图2B中，预先通过电池组部件150的倒角155引导连接器组件100进入用于接合的合适的对准位置。

图2C示出了与电池组部件150接合的连接器组件100。通过连接器组件100的应力消除部件130保持对准。

图3是在本发明的一个实施例中与电池组部件接合的连接器组件的侧面剖视图。第一连接器外壳115被配置成通过滑动旁路(例如图1B所示)插入(接合)电池组部件100的第二连接器外壳360。在滑动过程中紧固元件340提供支持。本领域技术人员应当认识到存在设计紧固元件340的多种方式。在这个实施例中，第一连接器外壳115笼罩电池组部件的第二电端子370，因而提供在第一端子135和第二端子370之间的电耦合并且确保该耦合。这样，尽管在性质上实质是阳性，第一连接器外壳115可以具有容纳阳性部分(该阳性部分是第二端子370)的阴性部分。可以提供合适的机械装置(没有示出)，用于在完全接合的位置固定(锁定)阳性连接器外壳115到阴性连接器外壳370。例如经由应力消除部件130，即使在外部机械压力(震动)事件中，通过相对于电池组部件150固定连接器组件100(具体的，阳性连接器外壳115相对于阴性连接器外壳370)保持电耦合。这样，连接器组件100提供震动作用消除效果。可以提供合适的用于分离各个外壳的机械装置(没有示出)以将连接器组件100与电池组部件150分开。在一些实施例中，足以通过拔连接器组件100和/或电池组部件来进行分离。

图4A-图4B是力线图，示出了在本发明的一个实施例中的应力消除部件(如描绘的一对应力消除器)130。图4A示出应力消除器130由于作用的径向力(即，如所示的与板105的主轴405平行的力)可以屈伸(经历位置移动)以导致板105最小的或没有位移。换句话说，应力消除器130将作用到应力消除部件的力与板去耦。换一种方式陈述，应力消除器130衰减试图作用到板上的力。以这种方式，应力消除器130减少了电连接(例如在插孔120的导电体之间)中断的可能性。图4A示出了具体的计算机模拟，其中，26N的力导致应力消除部件130上的特定位置401处产生大约1.515mm的位移，板150的相应部分产生可忽略不计的位移。应当理解，可以应用其他的力衰减特征来减弱在连接器组件100上的压力(每单位面积的力)。

图4B示出对应于横向力(即，如所示的垂直于板105的主轴405的力)的类似的模拟结果。在这个例子中，22N的作用力导致应力消除部件130上的特定位置402处产生1.56mm的位移。本领域技术人员立即可以理解，应力消除部件135减弱在结合径向和横向的方向上作用的力，因为这样的力能够被分解成各个分力。

图5是本发明的一种支持电连接的方法的实施例的流程图。在过程500开始后，导电体易于(510)从板105的上表面110通过到达插孔120。试图作用在板105上的力被减弱(520)以减小导电体和另一个与插孔120关联的导电体之间的电连接中断的可能性。应当理解，该力可以是径向力410、横向力420、或者分力在板105的平面内的另一个力。

图6是本发明的另一种支持电连接的方法的实施例的流程图。在过程600开始后，电流被提供(610)到在连接器组件100和电池组部件150之间的接口380。从在电池组部件150内的源提供电流，例如与电池组部件150关联的电池。在连接器组件100的第一电端子135和电池组部件的第二电端子370之间的接口380处使能(620)电连接。在一些实施例中，使用不到一个或一个以上第一电端子，并且使用不到一个或一个以上第二电端子。电流易于(630)从第一电端子135通过插孔120(在图6中没有示出)。试图作用在板105上的力被减弱(640)以减小电连接中断的可能性。

图7是在本发明的一个实施例中配置成容纳连接器组件700的电池组部件750的侧面剖面图。电池组部件750具有配置成固定电池764的第一安置结构762。电池组部件750还具有第二安置结构760，其包含电耦合到电池764的第一电端子770。第二安置结构760被配置成容纳具有第二电端子735的连接器组件700，以足够的机械间隙来使能在第二安置结构760和连接器组件700之间的应力消除相关的位移效果，同时保持在第一电端子770和第二电端子735之间的电耦合。

本发明的实施例在为设备供电的系统中具有广泛的适用性。根据本发明的实施例能够配置各种抽取电流并且可能需要连接到电池电源的设备的适配器或者插头。电池组部件150不需要是传统的电池，而可以是类似电池电源的电源。

尽管参考其典型实施例对本发明进行了具体的图示和描述，应当理解，本领域普通技术人员可以进行形式和细节的各种改变而不脱离所附的权利要求包括的发明范围。

Claims (11)

1.一种连接器组件，包括：

板，其包含上表面和下表面，并且限定通过所述板的开口，所述开口在所述上表面和所述下表面之间延伸以使导电体的通道能通过所述板，所述板被定向为与所述导电体的通道方向平面垂直；

连接器外壳，其突出到所述板的下表面下方，并且限定所述连接器外壳的内部，所述内部限定在所述开口以下延伸的插孔；和

应力消除部件，其耦合到所述板以在与所述板平面平行的方向上减弱施加到所述应力消除部件的力，从而减弱对所述板的力的影响。

2.如权利要求1所述的连接器组件，还包含在所述插孔内的至少一个第一电端子，所述第一电端子被配置成在所述连接器组件与电池组部件接合时，与所述电池组部件的至少一个第二电端子电耦合。

3.如权利要求1所述的连接器组件，其中，所述连接器外壳部件包含多个连接器外壳构件，每一个连接器外壳构件包含对应的电端子。

4.如权利要求1所述的连接器组件，其中，所述应力消除部件包含多个应力消除器，在所述板的上方、下方或者平面内共同安置每一个应力消除器，所述插孔定位在所述多个应力消除器之间。

5.如权利要求4所述的连接器组件，其中，所述应力消除器被配置成提供固位力以保持所述板在所述板的平面内的实质上固定的位置。

6.如权利要求5所述的连接器组件，其中，所述应力消除器被配置成当所述连接器组件接合电池组部件时，通过使至少一个定位构件紧靠毗邻所述板的元件上来提供所述固位力。

7.如权利要求1所述的连接器组件，其中，所述连接器外壳还突出到所述板的上表面上方。

8.一种支持电连接的方法，所述方法包括：

使导电体从板的上表面通过到达由连接器外壳限定的插孔，所述连接器外壳在所述板的下表面上；和

减弱试图作用在所述板上的与所述板平面平行的方向上的力以减小在所述导电体和与所述插孔关联的另一个导电体之间的电连接中断的可能性。

9.如权利要求8所述的方法，还包括支持在所述插孔处的在所述连接器外壳的第一电端子和与所述连接器外壳配对的结构关联的第二电端子之间的电耦合。

10.如权利要求8所述的方法，其中减弱所述力包括将施加到结合到所述板的应力消除部件的所述力从所述板去耦。

11.如权利要求8所述的方法，其中减弱所述力包括通过多个应力消除器提供固位力，在所述板的上方、下方或者平面内共同安置每一个应力消除器，所述插孔定位在所述应力消除器之间。