CN114503368A - 电气设备的电池接口 - Google Patents
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Abstract
一种电池与电气设备之间的接口(30),该接口(30)包括:阳端子(24)和阴端子(26),该阴端子被配置为接收该阳端子(24);该阴端子(26)具有导电材料的阴触头(36),并且该阳端子(24)具有导电材料的阳触头(32);其中,该阴触头(36)和该阳触头(32)中的至少一个是可弹性变形的,使得阳端子(24)插入该阴端子(26)中提供了面对面接触区域(40),在该区域中阳触头(32)和阴触头(36)彼此契合。
Description
技术领域
本发明涉及电池供电的设备,并且特别是电池与设备之间的电接口。
背景技术
随着电池技术的发展,许多传统上由‘市电’电力或小型内燃发动机供电的设备现在都由电池供电。为方便起见,电池通常被配置为快速拆卸并更换为再充电电池以延长设备的操作时间。这通常经由电池接口来实现,该电池接口具有插入阴端子以建立电连接的阳端子。
为了确保在使用过程中保持电连接,阳端子以过盈配合插入阴端子。图1A和图1B描绘了这种类型的现有技术电池接口。图1A示出了接口的阴侧10,其用于接收图1B所示的阳侧2。阴侧10具有外壳22,该外壳容纳一系列相邻阴触头12,每个阴触头具有一对相对的导电臂16和18,这两个导电臂朝向彼此偏置,因此它们在弯曲线20处接触。阳侧2具有一系列呈扁平铲形端子形式的阳触头14。对应的阴触头12的相对臂16和18的外表面将阳触头14引导至弯曲线20。在此,当阳触头14在臂16与18之间滑动时,插入力将两臂挤开以完全接合阴触头12。
臂16和18上的向内偏置夹紧阳端子14以确保保持电连接。然而,端子与触头之间的物理接触区域仅沿着它们各自的弯曲线20。这是一个相对较小的表面积,并且可能导致高电阻,特别是在电路承载高电流时。在一些情况下,插入式电池与DC电机之间的接口承载相对较高的电流,并且因此电接口处的电阻损耗很大。
考虑到这些问题,在电池与电气设备之间提供其中阳端子和阴端子具有相对较低的电阻损耗的接口将是有益的。
发明内容
本发明披露了一种电池与电气设备之间的接口,该接口包括:阳端子和被配置为接收阳端子的阴端子;该阴端子具有导电材料的阴触头,并且该阳端子具有导电材料的阳触头;其中,该阴触头和该阳触头中的至少一个是可弹性变形的,使得阳端子插入阴端子中提供了面对面接触区域,在该区域中阳触头和阴触头彼此契合。
在另一方面,披露了一种具有到电池的接口的电气设备,该接口包括:阳端子和被配置为接收阳端子的阴端子;该阴端子具有导电材料的阴触头,并且该阳端子具有导电材料的阳触头;其中,该阴触头和该阳触头中的至少一个是可弹性变形的,使得阳端子插入阴端子中提供了面对面接触区域,在该区域中阳触头和阴触头彼此契合。
优选地,阴端子具有用于接收阳端子的凹部,并且该阴触头在凹部的至少两个相对侧上具有可弹性变形部分。
优选地,阳端子具有带有开口的外壳,阳触头延伸穿过该开口,阳触头安装在外壳中用于在开口内移动。优选地,该开口是平面的并且该移动是平行于开口平面的方向。在进一步优选的形式中,阳触头固定在垂直于开口平面的方向上。
在可选实施例中,阳触头是可弹性变形的。
优选地,在插入阳端子之前,阴触头的可弹性变形部分向内弯曲到凹部中。优选地,阳端子的阳触头是圆柱形的。可选地,阳触头具有矩形截面和相对的平坦表面,以提供与阴触头面对面接触的区域。可选地,阳触头具有凹陷部分,以提供与阴触头面对面接触的区域。
优选地,阴触头由可弹性变形的条带提供,这些条带被压缩地保持在凹部内,使得条带向内弯曲。
优选地,条带是长形的并且在阳端子的插入和抽取方向上延伸。
优选地,条带从一体形成的横向构件延伸,使得这些条带沿横向构件的边缘间隔开以形成梳状结构。可选地,可弹性变形的条带在两个间隔开的横向构件之间延伸以形成梯形结构。
优选地,凹部具有两个梳状结构,使得每个梳状结构的横向构件间隔开并且来自每个梳状结构的条带相互交错。
优选地,梳状结构的横向构件的形状使得条带被周向地定位在阳端子周围。
优选地,横向构件形成封闭的环,使得条带径向向内弯曲,并且阳触头具有小于环内径的圆形截面。
优选地,阳端子的阳触头是圆柱形的,或可选地是沙漏形的。
优选地,条带由铜、银或导电合金制成。
优选地,在使用过程中,电池与设备之间的电流流动在40安培至400安培之间。在进一步优选的形式中,电池与设备之间的电流流动在80安培至300安培之间,或者更优选地在100安培至150安培之间。
优选地,阳触头具有横向于插入方向的截面,该截面的最小尺寸在3mm至20mm之间。在进一步优选的形式中,阳触头具有横向于插入方向的截面,该截面的最小尺寸在8mm至12mm之间。
优选地,阳端子插入阴端子的插入力在5牛顿至50牛顿之间。在进一步优选的形式中,阳端子插入阴端子的插入力在15牛顿至30牛顿之间。
优选地,使阳端子和阴端子脱离的拆卸力在2牛顿至30牛顿之间。在进一步优选的形式中,使阳端子和阴端子脱离的拆卸力在12牛顿至20牛顿之间。
在特别优选的形式中,电池包括阴端子。
在一些实施例中,该接口进一步包括用于传输电数据信号的铲型或针型阳触头和匹配的阴触头。在特别优选的形式中,数据信号指示以下一项或多项:
·电池电量,
·电池温度,以及
·剩余操作时间。
附图说明
现在将参考附图仅通过举例来描述本发明的优选实施例,在附图中:
图1A和图1B示出了根据现有技术的电池与电气设备之间的接口;
图2A示出了根据本发明的电连接在将阳端子插入阴端子之前的示意性描绘。
图2B示出了图2A与阳端子的电连接。
图3A示出了两个相互相对的导电梳状结构的示意性前视图和侧视图,这两个导电梳状结构交错在一起并且被压缩保持在阴端子的凹部中;
图3B示意性地展示了在凹部内向内弯曲的梳状结构的相互相对的条带;
图4是阳端子的立体图,阳触头延伸穿过该阳端子的外壳中的开口;
图5A和图5B分别是阴端子和阳端子的局部剖面图;
图6示意性地描绘了具有可弹性变形阳触头的阳端子的实施例;
图7示意性地描绘了阳触头的实施例,该阳触头的外表面轮廓与阴触头嵌合;以及
图8是使用根据本发明的电池接口的电池供电割草机的立体图。
具体实施方式
图1A和图1B示出了根据现有技术电池接口的阴端子10和阳端子2。端子主体22提供了用于接收阳触头14的一系列阴触头12。每个阴触头12具有相对的臂16和18,这两个臂彼此偏置,使得它们在延伸臂16和18宽度的弯曲线20处邻接。
阳触头14是简单的铲形端子,其中扁平铲形触头在插入阴触头12时将臂16和18挤开。阳触头14与阴触头12之间的电连接仅沿着弯曲线20。这些接触“线”在这两个触头之间提供了非常小的表面积连接。小面积的连接可能引起电阻,特别是当电接口处于相对较高电流的电路中时。例如,为诸如割草机等大型设备的DC电机供电的电池将需要相对较高的电流(例如,高于40安培),在这种情况下,由阳端子2与阴端子10之间的接触细线20引起的电阻对设备的整体效率是不利的。这进而减少了电池需要更换或再充电之前的操作时间。
对于诸如吹叶机、杆式真空清洁器等设备,正常的“运行时间”应该足够长,以允许用户在需要为电池再充电之前完成例行或典型任务。类似地,电池不应过大以确保手持设备在使用期间不会过重。
考虑到这些问题,目前迫切需要将插入式电池与电驱动设备之间的电接口处的电损耗最小化。如图2A和图2B所示,为了清楚起见,示意性地示出了根据本发明的电接口。参考图2A,电接口30被示出为阳端子24与阴端子26脱离。阳端子24具有阳触头32,该阳触头用于插入形成阴端子22的凹部34中。阴触头36在凹部34内,提供向内弯曲的导电表面。阴触头36被配置为可弹性变形的,使得将阳触头32沿插入方向28放置到凹部34中会使阴触头36变形,如图2B所示。为了容纳阳触头32,阴触头36与该阳触头外部契合,以提供至少一个面对面接触的区域40。这种面对面的接触区域40为电流流动、特别是为高电流流动提供低得多的电阻。同时,阴触头36的弹性变形夹住阳触头32以保持阳端子24和阴端子26接合。
如图4所示,阳触头32的远端具有圆形或倒角边缘以帮助插入阴触头36。阳端子24的外壳8具有开口68,阳触头32延伸穿过该开口。开口68大于阳触头32以提供外围间隙38。阳触头32安装在外壳8中,以便该阳触头可以在开口68内移动。更具体地,阳触头32在平行于开口68的平面的方向(例如,参见箭头4)上具有有限的移动,但是在垂直于该平面的方向6上保持固定。这种构型补偿了阳触头32相对于其外壳8的制造和/或安装误差。这种构型帮助阳触头32在阴触头36内居中。
图3A和图3B示意性地展示了用于提供弓形阴触头36的便利技术。阴触头36由形成两个相互相对的梳状结构50和52的导电材料提供。每个梳状结构具有横梁构件46和48,导电条带42和44分别从这两个横梁构件延伸。将梳状结构50和52放在一起,使得它们的导电条带42和44交错。如图5A和图5B最佳示出的,然后将梳状结构50和52卷曲,使得横梁构件46和48形成诸如圆形的封闭形状。如图3B和图5A所示,组合的梳状结构50和52被压缩地保持在凹部34内,使得各个导电条带42和44向内弯曲。导电条带42和44中的每一个的纵长方向通常与插入方向28对齐(参见图2A),从而不存在任何会妨碍阳触头32插入的边缘或结构障碍。
弓形阴触头可以以其他方式形成。例如,该弓形阳触头可以提供为单个一体形成的梳状结构,或具有沿相邻条带的两侧延伸的横向元件的梯形结构。该弓形阳触头还可以由多件协作元件或提供合适弹性的任何其他结构提供。
如图5所示,示出了电连接54的另一个实施例。在该实施例中,阳端子24具有阳触头58,该阳触头在其外部周围提供可弹性变形条带60。阴端子26具有外壳22,该外壳限定了与前述实施例类似的插座34。然而,阴触头56只是导电套筒并且不能弹性变形。
将阳触头58沿插入方向28插入插座34会压缩可弹性变形的条带60,使得这些条带与阴触头56的内表面契合,以提供面对面的接触区域40(未示出)。
图6示意性地展示了电接口62的另一个实施例,其中,阴端子26在结构上类似于电连接30的第一实施例的结构。然而,阳端子24具有阳触头64,该阳触头的外表面的形状大致契合于阴触头36的内表面。在阳触头64上提供沙漏形外表面66促进了较大的面对面接触区域40(未示出),其中,阳触头64和阴触头36被偏置为相互嵌合的邻接接合。这提供了具有低电阻的连接以及阳端子24在阴端子26中的更强的物理保持。
电连接的实施例可以具有呈扁平铲形端子或圆形截面针形式的附加阳触头,以用于传输指示设备或电池的操作状态或参数的数据。例如,该数据可以指示当前电池电量、电池温度、设备温度和/或剩余操作时间。
本文所描述的电接口非常适合用于插入式可再充电电池与消耗相对较高电流的设备(如电池供电的割草机)的DC电机之间的连接。图8示出了电池供电的割草机80,该割草机在电池隔室82中具有一个或多个可再充电电池,但是电池接口也适用于诸如手持式吹叶机、杆式真空清洁器、线式修剪机、绿篱修剪机等设备。对于这些设备,在电池上提供阴端子可以是有利的,以降低接触水的风险(在雨天被淋到时等)。该设备可以具有多种电池。电池可以是镍镉电池、镍金属氢化物电池、锂离子电池或密封铅酸电池。对于这种类型的设备,可再充电电池被配置为不但提供输出,还接收在40安培至400安培范围内、或者优选地在80安培至300安培之间、或者更优选地100安培至150安培之间的输入再充电电流。
在结构上,申请人对这些产品的开发已经示出,阳触头横向于插入方向28的截面的最小尺寸应在3mm至20mm的范围内,或者优选地,阳触头横向于插入方向的截面的最小尺寸在8mm至12mm之间。
例如,如果阳触头是诸如图4所示的圆柱形针,则该圆柱形针的直径应在3mm至20mm之间。同样,阳端子插入阴端子的实际插入力范围应为5牛顿至50牛顿的范围,或者优选地,阳端子插入阴端子的插入力在15牛顿至30牛顿之间。与具有在上面所讨论的范围内的尺寸的触头一起使用的这些插入力提供了适当低的接触电阻。
当将阳端子从阴端子上移除时,拔出力应在2牛顿至30牛顿的范围内,或者优选地在12牛顿至20牛顿之间,使得电池在正常操作期间保持在设备上,但用户手动移除阳端子并不难。
随着上述设备的复杂性提高,除了高电流阳端子和阴端子之外,对电接口处的数据通信端子的需求也在增加。数据端子可以向设备上的用户显示器传输指示电池电量、电池温度、设备温度、剩余操作时间或其他信息的信号。鉴于电流水平低得多并且电阻不是重要的问题,数据端子可以由传统的刀片型端子或针型端子和插座提供。
本文仅以示例的方式描述了本发明。本领域的技术人员将容易理解和认识到不背离广泛发明概念的精神和范围的许多变化和修改。
Claims (24)
1.一种电池与电气设备之间的接口,该接口包括:
阳端子;以及,
被配置为接收该阳端子的阴端子,该阴端子具有导电材料的阴触头,并且该阳端子具有导电材料的阳触头;其中,
该阴触头和该阳触头中的至少一个是可弹性变形的,使得该阳端子插入该阴端子中提供了面对面接触区域,在该区域中该阳触头和该阴触头彼此契合。
2.根据权利要求1所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该阴端子具有用于接收该阳端子的凹部,并且该阴触头在该凹部的至少两个相对侧上具有可弹性变形部分。
3.根据权利要求2所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该阳端子具有带有开口的外壳,该阳触头延伸穿过该开口,该阳触头安装在该外壳中用于在该开口内移动。
4.根据权利要求3所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该开口是平面的并且该移动平行于该开口平面的方向。
5.根据权利要求4所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该阳触头固定在垂直于该开口平面的方向上。
6.根据权利要求1至5所述中任一项所述的电池与电气设备之间的接口,其中,在插入该阳端子之前,该阴触头的可弹性变形部分向内弯曲到该凹部中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该阳端子的阳触头是圆柱形的。
8.根据权利要求6所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该阴触头由可弹性变形的条带提供,这些条带被压缩地保持在该凹部内,使得这些条带向内弯曲。
9.根据权利要求8所述的电池与电气设备之间的接口,其中,这些条带是长形的并且在该阳端子的插入和抽取方向上延伸。
10.根据权利要求9所述的电池与电气设备之间的接口,其中,这些条带从一体形成的横向构件延伸,使得这些条带沿该横向构件的边缘间隔开以形成梳状结构。
11.根据权利要求9所述的电池与电气设备之间的接口,其中,这些可弹性变形的条带在两个间隔开的横向构件之间延伸以形成梯形结构。
12.根据权利要求10所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该凹部具有两个梳状结构,使得每个梳状结构的横向构件间隔开并且来自每个梳状结构的这些条带相互交错。
13.根据权利要求12所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该梳状结构的横向构件的形状使得这些条带被周向地定位在该阳端子周围。
14.根据权利要求13所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该横向构件形成封闭的环,使得这些条带径向向内弯曲,并且该阳触头具有小于该环内径的圆形截面。
15.根据权利要求14所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该阳端子的阳触头是圆柱形的。
16.根据权利要求8所述的电池与电气设备之间的接口,其中,这些条带包括铜、银或导电合金。
17.根据前述权利要求中任一项所述的电池与电气设备之间的接口,其中,在使用过程中,该电池与该设备之间的电流流动在40安培至400安培之间。
18.根据前述权利要求中任一项所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该阳触头具有横向于插入方向的截面,该截面的最小尺寸在3mm至20mm之间。
19.根据前述权利要求中任一项所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该阳端子插入该阴端子的插入力在5牛顿至50牛顿之间。
20.根据前述权利要求中任一项所述的电池与电气设备之间的接口,其中,使该阳端子和该阴端子脱离的拆卸力在2牛顿至30牛顿之间。
21.根据前述权利要求中任一项所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该电池包括该阴端子。
22.根据前述权利要求中任一项所述的电池与电气设备之间的接口,其中,进一步包括用于传输电数据信号的铲型或针型阳触头和匹配的阴触头。
23.根据权利要求22所述的电池与电气设备之间的接口,其中,该数据信号指示以下一项或多项:
电池电量,
电池温度,以及
剩余操作时间。
24.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的电池接口的电气设备。
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