CN111712945A - 包括可旋转连接器的电池组 - Google Patents

Abstract

一种电池组，包括框架和安装到框架的两个或更多个电池单元。两个或更多个电池单元通过可旋转连接器互连，可旋转连接器被配置为启用两个或更多个电池单元之间的电连接。可旋转连接器适于在至少第一旋转位置和第二旋转位置之间切换，在第一旋转位置中两个或更多个电池单元被电连接，在第二旋转位置中两个或更多个电池单元不被电连接。当用户致动电池组上的旋钮时，连接端子将其旋转位置从非导电位置更改为导电位置，从而启用电池单元组之间的电连接。

Description

包括可旋转连接器的电池组

技术领域

本发明涉及一种电能储存装置，并且尤其涉及一种包括多个电池单元的电池组。

背景技术

电池组通常用于便携式电气设备和工具中，使得这些设备和工具可用于没有固定电源的环境中。例如，电动工具制造商通常制造通用电源组，该通用电源组可适用于不同类型的无绳电动工具，例如电钻、锤子、螺丝刀、角磨机等。电池组通常由容纳在一体式外壳中的多个电池单元组成，其中，用户可轻松地将整个电池安装到电动工具中，或通过配置在电池组外壳上的闩锁机构将其从电动工具移除。

然而，传统的电池组通常在工厂被制造成即用状态，这意味着电池组在离开工厂进行运输或销售之前已经被完全组装并且可工作。终端用户在收到电池组后可立即将电池组插入电气装置中以开始使用该电气装置。以这种方式制造的电池组无疑为用户带来了便利，因为在开始使用电池组之前在用户侧无需进行额外的设置步骤。另一方面，这种电池组遭受的问题是，一旦在工厂被制造出，电池组将自放电，这最终导致电池组中电源的能量损失以及电池寿命的降低。

已经为电池组开发了一些类型的可配置连接器，其允许打开或关闭电池单元之间的电连接。然而，这些可配置连接器通常被设计为与电池组分离的部件，并且容易面临丢失、损坏或变得无法使用的风险。

发明内容

鉴于前述背景技术，本发明的目的是提供一种替代的电池组以及制造电池组和准备电池组以备使用的方法，其消除或至少减轻了上述技术问题。

通过结合独立权利要求的特征来实现上述目的；从属权利要求公开了本发明的其他有利实施例。

本领域技术人员将从以下描述中得出本发明的其他目的。因此，前述目的的陈述不是穷举性的，仅用于说明本发明的许多目的中的一些。

因此，在一方面，本发明是一种电池组，其包括框架和安装到框架的两个或更多个电池单元。两个或更多个电池单元通过可旋转连接器互连，可旋转连接器被配置为启用两个或更多个电池单元之间的电连接。可旋转连接器适于在至少第一旋转位置和第二旋转位置之间切换，在第一旋转位置中两个或更多个电池单元被电连接，在第二旋转位置中两个或更多个电池单元不被电连接。

优选地，可旋转连接器还包括用户致动旋钮以及连接到旋钮的至少一个连接端子。该连接端子适于由于用户致动旋钮而枢转。

更优选地，可旋转连接器包括形成在细长连接带的两端上的一对连接端子。

根据一个具体实施方式，可旋转连接器包括形成在连接构件的两端上的一对连接端子。两个连接端子被布置为使得它们以角度α彼此分开，其中，α满足0°<α<180°。

在一种变型中，α是90°。

根据另一具体实施方式，两个连接端子沿着旋钮的轴线方向彼此偏移。

根据优选实施例的变型，可旋转连接器包括三对连接端子。电池组还包括四组电池单元，四组电池单元之间的电连接由三对连接端子控制。

根据优选实施例的另一变型，电池组还包括多个电池单元组。每个所述组包括两个或更多个电池单元。可旋转连接器被配置为启用多个电池单元组之间的电连接。

优选地，每个电池单元组包括串联连接的两个子组，并且每个子组包括并联连接的多个电池单元。

根据优选实施例的另一变型，电池组还包括电路板，可旋转连接器能旋转地安装到电路板。电路板包括一个或多个鸭嘴形端子，鸭嘴形端子适于与可旋转连接器配合。

本发明具有许多优点。根据本发明的电池组在工厂中被制造时不能完全起作用。在电池组的存储、运输、销售期间以及甚至在将电池组与电动工具(旨在与电池组一起使用)一起购买或与电动工具分开购买的消费者在没有开箱的情况下将电池组存储在其房屋内时，这种非功能状态仍然持续存在。电池组开始工作的时间是用户致动电池组上的旋钮时，使得连接端子将其旋转位置从非导电位置更改为导电位置，从而启用电池单元组之间的电连接。这样，仅当终端用户收到电池组并通过使用旋转连接器将其置于工作模式时，电池组的内部电路才完成。

本发明的另一个优点是旋转连接器为用户提供了一种操纵电池单元之间的电连接的简单方式。由于旋转连接器是电池组的组成部分，因此无需安装任何部件。根据本发明，消除了分离的部件丢失或损坏的风险。此外，由于没有分离的部件，因此无需在电池组的外壳上设计任何开口或通道即可安装分离的部件，并且这可防止对电池组的内部部件的可能的溅水或其他类型的环境损坏。

附图说明

图1a示出了根据本发明的第一实施例的电池组的整体外观，其中示出了电池组的顶侧。

图1b是另一视角的图1a中的电池组的透视图，其中示出了电池组的底侧。

图2示出了图1a中的电池组，其中，电池外壳被移除以露出电路板和电池单元。

图3局部地示出了电路板的透视图，其中，旋转连接器被隐藏以示出电路板上的板载端子。

图4局部地示出了电路板的背侧，其中，旋转连接器被示出为连接到电路板。

图5是图1a的电池组中的旋转连接器的分解图。

图6从另一视角示出了图5中的用户致动旋钮。

图7a从侧面独立地示出了图1a的电池组中的组装的旋转连接器。

图7b从底部示出了图7a中的组装的旋转连接器。

图8是示出图1a的电池组的内部电路的示意图。

图9a是图1a的电池组的透视图，示出了处于其开(ON)位置的旋转连接器。

图9b从另一视角示出了处于图9a的状态的旋转连接器。

在附图中，本文所述的几个实施例中类似的标记指示类似的部件。

具体实施方式

在所附权利要求和本发明的先前描述中，除非上下文由于表达语言或必要含义而另有要求，否则词语“包括”或诸如“包括着”或“包括了”的变体用于包含性的意义，即，指定在本发明的各种实施例中所述特征的存在但不排除其他特征的存在或增加。

如本文和权利要求书中所使用的，除非另有说明，否则“联接”或“连接”是指经由一个或多个电气器件直接或间接地电联接或连接。

本文使用的诸如“水平”、“垂直”、“向上”、“向下”、“上方”、“下方”和类似术语的术语是为了以其正常使用方向描述本发明的目的，并不旨在将本发明限制于任何特定的方向。

现在参考图1a和图1b，本发明的第一实施例是电池组20，其可用在例如手持式电动工具和户外电动园艺工具的电动工具中。电池组20包括外壳22，外壳22容纳电池组20的内部部件(所有这些部件在图1a和图1b中未示出)，该内部部件包括多个电池单元、支撑这些电池单元的电池框架以及电池组的控制电路板。如本领域技术人员将理解的，外壳22呈现出根据上述电动工具上的电池插座(未示出)的尺寸制成的特殊形状。

图1b清楚地示出了电池组20的底侧，主电池端子26和用于将电池组20固定在电动工具或电池充电器的电池插座中的闩锁机构位于电池组20的底侧上。主电池端子26位于低于电池外壳20的突出部28的顶面的高度处，使得当将电池组20插入电动工具或充电器的电池插座中时，主电池端子26实际上被隐藏在突出部28中，并且仅能通过充电器或电动工具上的相应的端子(未示出)物理接触。另外，在突出部28的顶面上形成有两个次级端子30，因此，次级端子30位于主电池端子26上方。主电池端子26包括一个正电源端子和一个负电源端子以及两个通信端子(未示出，稍后将进行详细描述)。次级端子30包括两个通信端子。闩锁机构包括配置在突出部28上的柱34，并且柱34可相对于突出部28移动。柱34通常由弹性器件(未示出)偏置，使得柱34延伸超过突出部28的表面。因此，柱34一旦被安装就将电池组保持在电池插座中，其中，柱34卡扣配合到电池插座中的对应的凹口结构(未示出)中。为了从电池插座移除电池组，用户致动相应的机构(在电池组20本身上或在电池充电器/电动工具上)，该机构将驱使柱34移动，结果，柱34后退到突出部28中，并由此电池组被解锁。闩锁机构的结构以及将电池组牢固地安装到电动工具或电池充电器的方式对于本领域技术人员而言是公知的，因此本文不再进行详细描述。

在突出部28上，配置有用户致动旋钮24，用于配置电池组20的内部电路。旋钮24是电池组20的可旋转连接器的一部分。在突出部28的表面上还形成有两个标签，即“开(ON)”标签32和“关(OFF)”标签34。这些标签向用户提供视觉指示，以提示用户将旋钮24旋转到两个正确位置之一。当旋钮24的中央指示器24a指向“ON”标签32或“OFF”标签34时，到达了这样的正确位置。应注意，在图1b的图示中，旋钮24不在任何一个正确位置，因为中央指示器24a既不指向“ON”标签32，也不指向“OFF”标签34。

现在参考图2，示出了上述电池组，其外壳被移除以露出电池组的多个电池框架40和电路板38。在该图中，还示出了包括旋钮24的旋转连接器，该旋转连接器已经安装在电路板38上。电池组中具有四个电池框架40，各个电池单元42安装到这些电池框架。四个框架40基本上以头到尾的方式对准，它们一起形成电池组的细长形状。每个框架40包括多个通孔(未示出)，其中，每个所述通孔用于容纳一个电池单元42。电池单元42具有圆柱形形状。同一框架40中的多个电池单元42通过金属带47连接，从而使电池单元42并联连接。另外，跨过不同框架40的电池单元42通过沿着框架40的外表面延伸的连接杆48连接。连接杆48由薄金属带制成，其形状紧密地匹配框架40的连接杆48沿其延伸的部分的外部形状。每个连接杆48从框架40的端部延伸到电路板38，其中，根据可旋转连接器的状态，不同框架40中的电池单元42在电路板38处彼此电连接。可以看到一些连接杆48具有弯曲的形状。还有散热器39连接到电路板38的一端。

尽管未示出，但电池组20中的电池单元42构成不同的组和子组。这些组是电池组20中最大的电池单元部，并且上述可旋转连接器启用/禁用电池组42之间的电连接。在每个组中，还存在多个子组，并且这些子组均包括多个电池单元42。

前述的主电池端子26安装在电路板38上并且电连接到电路板38。四个主电池端子26a-26d以并排的方式对准。端子26a和26d是向外部电动工具供应电力或从充电器接收电力的正电源端子和负电源端子。端子26c和26b是用于与电动工具或充电器通信的两个通信端子。值得注意的是，从图2可以看出，包括两个端子30a和30b的次级端子30位于主电池端子26中的通信端子26b和26c上方的位置。特别地，通信端子26b和26c呈传统的薄板形状，但通信端子30a和30b均具有带有弯曲部的特殊的L形。通信端子30a和30b中的每一个具有其第一部分(未示出)，该第一部分以平行于通信端子26b或26c但在一定程度上相对于电路板38比通信端子26b或26c高地从电路板38向上延伸。然后，在弯曲之后，通信端子30a和30b中的每一个的第二部分与通信端子26b或26c相同地向前突出，但位于通信端子26b或26c上方。这样，在有限的空间内，能够以紧密的方式实现两个不同的通信端子，并且由于在通信端子30a或30b的第一部分和通信端子26b或26c中的相应一个之间存在特定的绝缘材料(未示出)，它们处于良好的电绝缘。

图3示出了电路板38上的板载端子，这些板载端子适于连接到可旋转连接器的各个连接端子。然而，为了图示清楚，可旋转连接器未在该图中示出。图3示出了六个板载端子44a-44f以圆周方式配置在电路板38上，并且安装孔46形成在电路板38上在由六个板载端子44a-44f形成的假想圆的中心处。安装孔46适于容纳并紧固可旋转连接器的一部分。六个板载端子44a-44f被配置在不同的高度，因为它们由不同长度的支撑构件50a-50f支撑。特别地，端子44a和44d是六个端子中的较低端子，并且由于它们位于穿过安装孔46的直线上而布置在安装孔46的相反侧。端子44b和44e是六个端子中的中间端子，并且这两个端子也布置在安装孔46的相反侧。端子44c和44f是六个端子中的较高端子，并且这两个端子也布置在安装孔46的相反侧。因此，六个板载端子形成三对，即，端子44a和44d、端子44b和44e以及端子44c和44f。从端子44a到44f开始，它们的高度遵循“低-中-高-低-中-高”的顺序。这是因为它们各自的支撑构件50a-50f在高度变化方面也具有相似的模式。支撑构件50a-50f中的每一个具有桥状结构，并且板载端子44a-44f中的每一个是鸭嘴形端子。板载端子44a-44f被布置在不同的高度，使得它们在可旋转连接器的致动期间不会彼此干扰。

支撑构件50a-50f中的每一个安装到相应的迹线52a-52f，板载端子44a-44f通过相应的迹线52a-52f连接到相应的电池单元组。支撑构件50a-50f和板载端子44a-44f均由金属制成以便导电。迹线52a-52f中的每一个还包括狭缝54a-54f，上述连接杆(图3中未示出)可通过狭缝54a-54f插入，并用于最终连接到电池单元组。

现在转向图4。电路板38的背侧具有六个迹线52a’-52f’，这些迹线52a’-52f’与在电路板38的顶侧上的上述迹线52a-52f以一对一的方式相应对。背侧上的六个迹线52a’-52f’可被视为电路板38的顶侧上的迹线的“镜像”。一旦支撑构件或连接带被插入电路板38中，则六个迹线52a’-52f’分别与其在迹线52a-52f中的对应迹线连接。例如，图4示出了插入迹线52d’上的狭缝(未示出)中的连接带48。图4还示出了被容纳并定位在电路板38上的安装孔中的可旋转连接器的旋转基部56。

同样如图3和图4所示，在电路板38的顶侧上还有一对迹线52g、52h，并且在电路板38的背侧上相应地具有一对迹线52g’、52h’。如将在下面更详细描述的，迹线52g、52h适于由可旋转连接器的连接部接触。

接下来，在图5-7b中，示出了电池组的可旋转连接器，该可旋转连接器包括旋钮24、固定到旋钮24并与旋钮24共同旋转的旋转基部56以及各种连接端子。图5中示出的部件未以组装时其相对于彼此的正确尺寸或其正确的方向示出。存在三对连接端子，每对由一个部件形成。三对连接端子联接在旋转基部56上，并且可由于旋转基部56旋转而旋转。特别地，第一对连接端子64a、64b形成在细长连接带64的两个相反端上。第二对连接端子62a、62b以及第三对连接端子62c和62d分别形成在两个连接构件62上。两个连接构件62彼此相同，并且每个连接构件包括两个弯曲部62e。弯曲部的存在使得在一个连接构件62上，连接端子62a不仅在径向平面上与另一个连接端子62b以90°角分开，而且连接端子62a沿着可旋转连接器的旋转轴线(未示出)的方向从连接端子62b偏移。另一个连接构件62上的两个连接端子62c和62d彼此之间具有相似的空间关系。螺钉58将旋钮24、连接带64、旋转基部56和尾部连接器60紧固在一起。尾部连接器60具有通过中间部60b连接的两个尾端60a，其中，中间部60b通过螺钉58紧固到旋转基部56。两个尾端60a被布置为使得它们面对彼此但沿轴线方向彼此偏移。两个尾端60a适于与迹线52g和52h接触。另外，两个连接构件62通过被形成在旋转基部56上的各个凹槽56a容纳和紧固而被安装在旋转基部56上。

如图5最佳所示，在旋钮24的顶侧(组装电池组时用户可见的一侧)上，除了形成为凹槽的中央指示器24a外，还有两个不同长度的弧形凹槽24b、24c以及分别在两个弧形凹槽24b、24c的端部上的两个标记24d、24e。中央指示器24a和两个弧形凹槽24b、24c均被设计为便于用户例如使用他/她的指甲来操作旋钮24，但同时防止意外致动旋钮24。当用户希望打开/关闭电池组的内部电路时，两个标记24d、24e可帮助指示旋转的方向。

如以下将解释的，可旋转连接器可在第一状态和第二状态之间切换，从而最终控制电池组中的电池单元组之间的电连接。第一状态和第二状态分别对应于两个旋转位置。在第一旋转位置处，可旋转连接器被接通，从而启用电池单元组之间的电连接；在第二旋转位置处，可旋转连接器被关闭，从而禁用电池单元组之间的电连接。图8中的简化示意图示出了图1a-7b的电池组中的四组电池70能够如何与可旋转连接器电连接。每个组70包括以两个或三个串联连接的多个子组72。然后，在每个子组72中有三个并联连接的单独的电池单元42。在这样的配置中，每个子组72输出与单个电池单元42相同的电压。然而，电池组输出的总电压将是单个子组72输出的电压的十倍，如图9所示，如果三个“开关”74闭合，则总共有十个子组72串联连接。开关74实际上由可旋转连接器的连接端子以及它们在电路板上的相应板载端子形成。

在图9所示的状态下，由于可旋转连接器上的三对端子未与它们相应的板载端子接触，因此所有四个组70均不彼此连接。这在图9中被示出为三个开关74断开。当终端用户购买或以其他方式接收电池组时，他/她仅需执行简单的设置过程来可使电池组工作。特别地，用户仅需将电池组的可旋转连接器旋转到“ON”位置，并且这样的动作会将可旋转连接器中的连接端子放置到板载端子中，从而启用电池单元组之间的电连接。在该旋转中，连接端子从其非导电位置变更为其导电位置。这等效于图9中的三个开关74的闭合。然后，电池组中的电路被完全闭合，并且电池组即可使用。

因此，充分描述了本发明的示例性实施例。尽管描述涉及特定的实施例，但本领域技术人员将清楚的是，可通过改变这些具体细节来实施本发明。因此，本发明不应被解释为限于本文阐述的实施例。

尽管已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本发明，但本发明应被视为是示例性的，而非限制性的，应理解仅示出和描述了示例性实施例，并且这些示例性实施例不以任何方式限制本发明的范围。可以理解，本文描述的任何特征可与任何实施例一起使用。说明性实施例并不彼此排斥，也不排斥本文未记载的其他实施例。因此，本发明还提供了包括上述一个或多个说明性实施例的组合的实施例。可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行改进和变型，并且因此，仅应施加所附权利要求书指出的这些限制。

应当理解，如果在本文中引用了任何现有技术出版物，则该引用并不意味着承认该出版物在澳大利亚或任何其他国家的是本领域公知常识的一部分。

例如，如图1-9b所描述的电池组中的电池单元被容纳在电池框架的通孔中。然而，显然，也可根据用户的喜好使用其他结构和机构来安装和固定电池单元，包括但不限于非环绕式电池架、热缩管等。

另外，电池组内部电路在图8中被例示为串联连接的十个电池单元的子组。在每个子组中，三个电池单元并联连接。本领域技术人员应当认识到，根据本发明的电池组中的电池连接不限于此。电池单元可并联、串联或混合配置以形成电池组，并且电池组也可并联、串联或混合配置。

在图1-9b和图11所示的示例中，在电池组的内部电路中设置有三个开关(即，三对连接端子)，这三个开关在四个电池单元组之间的某些点处用作断路器。然而，应当理解，可在电池组中使用任意数量的连接端子对，只要它们用于中断电池组中的电路即可，除非端子连接器旋转到使得它们完成电路的位置。

另外，在上述实施例中，在可旋转连接器中具有弯曲部的连接构件上的两个连接端子在旋转平面内彼此偏移90°。然而，本领域技术人员应当认识到，该角度不必一定是直角。而是，根据设计要求，连接端子可被布置为使得它们以α角彼此分开，其中，α满足0°<α<180°。

Claims (10)

1.一种电池组，包括：

a)框架；以及

b)安装到所述框架的两个或更多个电池单元；所述两个或更多个电池单元通过可旋转连接器互连，所述可旋转连接器被配置为启用所述两个或更多个电池单元之间的电连接；

其中，所述可旋转连接器适于在至少第一旋转位置和第二旋转位置之间切换，在所述第一旋转位置中所述两个或更多个电池单元被电连接，在所述第二旋转位置中所述两个或更多个电池单元不被电连接。

2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述可旋转连接器还包括用户致动旋钮以及连接到所述旋钮的至少一个连接端子；所述连接端子适于由于用户致动所述旋钮而枢转。

3.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述可旋转连接器包括形成在细长连接带的两端上的一对连接端子。

4.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述可旋转连接器包括形成在连接构件的两端上的一对连接端子；两个连接端子被布置为使得它们以角度α彼此分开，其中，α满足0°<α<180°。

5.根据权利要求4所述的电池组，其中，α是90°。

6.根据权利要求4所述的电池组，其中，所述两个连接端子沿着所述旋钮的轴线方向彼此偏移。

7.根据权利要求2所述的电池组，其中，所述可旋转连接器包括三对连接端子；所述电池组还包括四组电池单元，所述四组电池单元之间的电连接由所述三对连接端子控制。

8.根据权利要求1所述的电池组，还包括多个电池单元组；每个所述组包括两个或更多个电池单元；所述可旋转连接器被配置为启用所述多个电池单元组之间的电连接。

9.根据权利要求4所述的电池组，其中，每个所述电池单元组包括串联连接的两个子组，并且每个所述子组包括并联连接的多个电池单元。

10.根据权利要求1所述的电池组，还包括电路板，所述可旋转连接器能旋转地安装到所述电路板；所述电路板包括一个或多个鸭嘴形端子，所述鸭嘴形端子适于与所述可旋转连接器配合。

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