专利名称：具有经模制前部端子的电池的利记博彩app
技术领域：
本发明是一种具有前部端子的电池。明确地说，本发明涉及一种模制到电池壳中的安装在前部的电池端子。
背景技术：
用于汽车、工业和其它用途的电池端子通常使用从电池壳顶部延伸的接线柱或电池壳的侧部中的螺纹连接而连接。到螺纹端子的连接一般使用凸耳和螺合到电池端子中并用扳手拧紧的螺栓来制成。电池端子模制到电池壳的侧壁中且包含衬套和位于衬套内部的螺纹插入物，其接纳螺栓。
螺纹电池端子所遭遇的普遍问题是，对过长的螺栓施加超扭矩会迫使螺栓穿过插入物的底壁(也称为后壁)，且可能会破坏将端子连接到电池板的焊接区，或使电池壳破裂并使电池不可用。多种不同端子设计已解决了此问题，但其中没有一种设计是完全成功的。
设计可承受施加超扭矩和过长螺栓的电池端子插入物所遭遇的问题之一是电池壳中有限的空间量。工业电池通常安装在针对标准尺寸电池而构造的支架或盒中。任何替换电池必须具有与标准尺寸电池相同的“占地面积”以便成为可接受的替换物。如果电池的占地面积增加以容纳较大的电池端子插入物，那么电池的占地面积将太大而不能安装在标准支架和盒中。如果电池壳尺寸减小以为较大的电池端子插入物留出空间，那么电池组电池将较小且电池将具有较少功率。因此，设计电池端子插入物的考虑因素中的两个考虑因素是，插入物不能改变电池占地面积的尺寸，且插入物不能向电池壳中延伸得太远。因此，需要一种向电池壳中延伸最小距离且可使用最小数目的螺纹提供适当连接的电池端子插入物。还需要一种可在不永久破坏电池的情况下承受施加超扭矩和过长螺栓的电池端子插入物。
发明内容
根据本发明，提供一种具有用于容纳螺纹端子螺栓的螺纹电池端子的电池。所述螺纹电池端子包含衬套，其具有在开放端与闭合端之间延伸的轴向孔；以及插入物，其具有纵轴和沿着所述纵轴在开放端与后壁之间延伸的螺纹开口。所述端子螺栓螺合地接纳在螺纹开口中，且插入物的后壁具有足够强度以促使过长的螺栓在螺栓接触后壁之后继续螺纹插入时断裂。后壁经设计以使得当端子螺栓接触后壁并以高达约193.9磅英寸的扭矩旋转时，其变形小于或等于0.010英寸。
插入物的后壁具有0.170英寸的最小厚度。插入物通过模制工艺而形成在衬套中，且插入物优选由黄铜制成，且衬套由铅制成。当螺栓在插入物中具有0.235英寸或更大的螺纹啮合时，螺栓在插入物螺纹被螺栓的继续旋转破坏之前断裂。
在另一实施例中，螺纹电池端子包含衬套，其具有在开放端与闭合端之间延伸的轴向孔；以及插入物，其具有纵轴和沿着所述纵轴在开放端与后壁之间延伸的螺纹开口。插入物形成在衬套内且螺纹开口适于接纳螺栓。当过长的螺栓螺合到开口中并以高达约193.9磅英寸的扭矩接触后壁时，后壁变形小于或等于0.010英寸。
从附图中将容易了解本发明的用于螺纹电池端子的插入物的优选实施例，以及本发明的其它目的、特征和优点，附图中 图1是顶盖被移除的具有安装在末端的端子的电池的实施例的顶部透视图。
图2是图1所示的具有安装在末端的端子的电池的端视图。
图3是图1所示的具有安装在末端的端子的电池的俯视图。
图4是图3所示的电池的截面图。
图5是图4所示的电池的插入物的详细视图。
图6是具有本发明的电池端子的优选实施例中使用的插入物的衬套的透视图。
图7是图6所示的衬套和插入物的侧视图。
图8是图6所示的衬套和插入物的端视图。
图9是图7所示的衬套和插入物的截面图。
图10是图9所示的衬套和插入物的闭合端的截面图。
图11是图9所示的衬套和插入物的中间部分的截面图。
图12是本发明的电池端子的优选实施例中使用的插入物的透视图。
图13是图12所示的插入物的侧视图。
图14是图13所示的插入物的截面图。
图15是图13所示的插入物的端视图。
图16是电池端子的实施例的侧视图。
图17是螺栓螺合到插入物中的电池端子的实施例的侧视图。
图18是图17所示的电池端子的截面图。
图19是测试中使用的两个不同插入物和一个不锈钢螺栓的透视图。
图20是测试中使用的联结螺母和不锈钢螺栓的透视图。
具体实施例方式 本发明是一种用于电池端子的衬套和插入物，其具有后壁，当向螺合到插入物中的过长螺栓施加超扭矩时所述后壁防止对电池的破坏。如本文所使用，术语“过长螺栓”是指从螺栓头部的底端到螺栓的螺纹末端测量的长度超过插入物中的螺纹开口的深度的螺栓。插入物的后壁经设计以阻止来自被施加超扭矩的过长螺栓的变形超过过长螺栓的断裂强度。这意味着被施加超扭矩的过长螺栓将在施加超扭矩使插入物的后壁显著变形或破裂之前断裂。可使用所属领域的技术人员已知的各种方法从插入物移除断裂的螺栓，并用新螺栓进行替换。因此，电池壳和内部不被破坏，且电池的性能和完整性不受损害。相比之下，现有技术中的“自旋插入物”(即，被施加超扭矩使得其在衬套中自由自旋的插入物)不能被维修且必须替换电池。
本发明的另一优点是，当螺栓在插入物中断裂时，电池与电源完全断开连接，且在电和结构两者上终止连接。相比之下，当现有技术电池端子中的插入物被施加超扭矩时，插入物分离且在衬套内自旋。由于螺栓仍连接到插入物，所以电连接仍可能存在且由于起弧和/或极度故障而对使用者造成危险。
为了使电池安装在标准电池支架和盒中，端子衬套/插入物不能改变电池占地面积。此外，为了维持电池性能(即，功率输出)，衬套/插入物不能向电池壳中延伸得太远且减小一个或一个以上电池组电池的尺寸。为了满足这些要求，本发明的衬套/插入物组合经设计以使得当向过长螺栓施加超扭矩时其不会变形。这通过设计插入物的后壁使其具有大于螺栓断裂强度的穿通强度来实现。如本文所使用，术语“穿通强度”定义为对来自螺合到插入物中的螺栓的变形的抵抗力，且其是依据在拧紧螺栓时施加的扭矩来测量的。出于本发明的目的，如果当过长的螺栓螺合到开口中并在施加到螺栓的扭矩下接触后壁时，后壁变形小于或等于0.010英寸，那么认为所述后壁抵抗变形。术语“螺栓断裂强度”定义为在拧紧螺栓时施加的使螺栓断裂所需要的扭矩量。
插入物的后壁经设计以具有高于螺栓断裂强度的穿通强度，使得螺栓在插入物后壁变形之前断裂。这保护焊接区(即，电池端子的末端处电池端子焊接到附接于正或负板的连接器的区域)使其免于经受“长螺栓情形”。当使用太长的螺栓(即，螺栓的螺纹部分比插入物长)时，产生“长螺栓情形”。在螺栓接触插入物的后壁之后，使用者继续旋转螺栓，从而促使插入物的后壁变形或使焊接区破裂并遭到破坏。如果焊接区受到干扰，那么可能发生起弧，从而导致极度且危险的故障。长螺栓情形因设计约束而加剧，设计约束限制插入物可向电池壳中延伸多远。如果错误地使用长螺栓，那么具有浅深度和较少螺纹的插入物更容易遭到破坏。
一般用于将汇流条固定到电池端子的类型的不锈钢螺栓经测试且发现当经受约180.7in-lb(即，180.7英寸-磅)的扭矩时断裂。因此，本发明的插入物的后壁经设计以承受以至少193.7磅英寸的扭矩螺合到插入物的开口中的过长螺栓，而不会变形并导致对电池的焊接区的破坏。
本发明解决的另一问题是在螺栓已完全插入在插入物中之后插入物的螺纹的剥离。如本文所使用，术语“完全插入”是指螺栓头部的底侧接触插入物、汇流条或垫圈使得螺栓的螺纹不再可见的情形。已发现，需要最小螺纹啮合以防止当完全插入的螺栓继续旋转时对插入物的螺纹的破坏。如本文所使用，短语螺纹啮合是指螺栓的螺纹端延伸到插入物中的距离。如果螺栓当完全插入时未达到最小螺纹啮合点，那么螺栓的继续旋转使插入物螺纹剥离。然而，一旦螺栓实现最小螺栓插入，螺栓上足够的螺纹就已与插入物的螺纹啮合使得旋转螺栓且使螺纹剥离所需的扭矩超过用于使螺栓头部从螺栓断裂的阈值力。标准1/4x 20x 0.625不锈钢螺栓的受支撑头部当经受202.7磅英寸的扭矩时断裂。已发现，0.235英寸的最小螺纹啮合防止插入物螺纹破坏。此啮合强度产生204.9磅英寸的所计算出的平均扭矩强度以便导致插入物螺纹破坏。
现参看图式，图1展示顶盖(未图示)被移除的具有六个电池组电池86的12伏工业电池80。电池80具有安装在端壁84的一端上的负和正端子10、12。这稍许不同于具有位于侧壁82上的端子的典型电池。端子10、12用于使用螺栓70将电池12连接到汇流条76(见图17和18)。
图2展示出图1的电池80的端壁84以及负和正端子10、12。图3展示具有穿过负端子10的中点截取的表示为F-F的截面的电池80的俯视图。电池80的此截面图展示于图4中且其说明负端子10如何连接到负电池板，以及邻近电池组电池86中的板如何连接。图4中的负端子10更详细地展示于图5中。
图5是电池80的负端子10的详细视图，且其展示模制到电池壳88中的衬套30和位于衬套30内部的插入物20。位于电池80内部的连接器90将负电池板连接到负端子10。负端子10焊接到连接器90的区域称为焊接区92。如果过长的端子螺栓70(见图17和18)被过分拧紧，那么其可能会破坏焊接区并导致起弧。
图6展示衬套30，其中插入物20在开放端34内部。衬套30的闭合端32通过焊接区92(见图5)经由连接器90连接到电池80内侧上的板。衬套30的外侧由将衬套30固定在经模制电池壳88中的多个部分36形成。本发明包含此设计以及本领域中众所周知的其它类似设计。
图7是图6所示的衬套30和插入物20的侧视图，其具有穿过纵轴截取的表示为A-A的截面。此截面图在图9中示出。图8是图6所示的衬套30和插入物20的开放端34的端视图。
图9展示来自图7的衬套30和插入物20的截面A-A。所述截面图展示插入物20如何形成在衬套30中。通常由黄铜制成的插入物20经机器加工为所需形状，且通常由铅制成的衬套30模制在插入物20周围。插入物20的闭合端22接触衬套30的闭合端32。当电池80连接到负载时，插入物20中的开口26接纳螺栓70(见图17和18)。衬套30和插入物20具有图9中表示为B-B和C-C的两个截面，其均为横向截面。截面B-B是在衬套30的开放端34内部的一点处截取的截面，且截面C-C是在插入物20中的开口26的末端处截取的截面。
图10展示图9中的衬套30和插入物20的靠近衬套30的开放端34的截面B-B。位于插入物20的中心的螺纹开口26设计为接纳螺栓70(见图17和18)。图11展示图9中的衬套30和插入物20的靠近衬套30的中间部分且处于插入物20中的开口26的末端处(即，在后壁处)的截面C-C。
图12展示本发明的插入物20的实施例。插入物20具有闭合端22和设计为接纳螺栓70(见图17和18)的螺纹开放端24。插入物20为圆柱形，且外壁具有向外延伸且与衬套30的内壁啮合的多个径向部件28(图9)。图13是图12所示的插入物20的侧视图，其具有闭合端22、开放端24和穿过纵轴截取的表示为E-E的截面。
图14展示图13中的插入物20的截面E-E，其中开口26从开放端24延伸到后壁25，所述后壁25具有从开口26的底部到闭合端22测量的厚度“D”。图15展示图13中的插入物20的开放端24，其中开口26沿着纵轴。
图16是模制到电池壳88中的电池端子10的实施例的侧视图，其中插入物20中的螺纹开口26用于接纳螺栓70(图17和18)。端子10通过焊接区92(衬套30的闭合端32焊接到电池内部的连接器90的地方)经由连接器90连接到电池板(未图示)。
图17是螺栓70螺合到插入物20中的电池端子10的实施例的侧视图，且图18是其侧视截面图。在螺栓70与插入物20之间是锁紧垫圈72、垫圈74和铜汇流条76。汇流条76将电池80连接到负载。
图19展示类似于下文描述的测试中使用的插入物和螺栓的黄铜插入物120、铜插入物120′和不锈钢螺栓170。图20展示类似于下文描述的测试中使用的联结螺母和不锈钢螺栓的联结螺母260和不锈钢螺栓270。
实行测试以预测产生用于插入物后壁变形、插入物螺纹剥离和螺栓断裂的破坏模式所必需的扭矩。这三种破坏模式经确定是在电池连接的情况下将过多扭矩施加到正确长度螺栓或过长螺栓而产生的最有可能的结果。使用经校准的数字扭矩扳手来测量施加到螺栓的力。由于实际扭矩值可基于个别使用者而变化，所以由同一个体执行所有扭矩施加以使由使用者引起的变化达到最小。所述插入物和螺栓是从商业硬件供应商处获得的。实验的因素和等级展示于表1、3和5中。
插入物由360黄铜(也称为合金360或黄铜360——铜和锌与少量铅的合金混合物)和C14500铜(磷脱氧含碲铜合金)辊式原料经机器加工而成。对于大多数测试，螺栓由18-8不锈钢制成。然而，使用黑色氧化物合金钢螺栓来测量插入物螺纹强度以便获得高于18-8不锈钢螺栓的断裂点的扭矩值。制造夹具以在测试期间将插入物固持在适当位置。经校准的数字量表附加到夹具且用于确定后壁变形的等级。在测试中使用联结螺母来确定螺栓强度。
如上所述制造的插入物样本被施加扭矩到约196到198磅英寸，且所得后壁变形平均为0.011英寸，其符合所预测的结果。额外测试确认，0.010英寸的后壁变形对端子焊接区没有不利影响。
通过将插入物安装在固持在老虎钳中的夹具中，使数字量表调零且驱动过长螺栓进入插入物中，同时监视并记录扭矩值和插入物的后壁的对应变形，来实行插入物后壁变形的测量。插入物后壁测试因素、等级和回合以下在表1中列出。
表1 插入物后壁测试因素、等级和回合 针对每一不同插入物后壁厚度执行五个测试，其中每一测试使用新的螺栓和插入物。针对每一条件定义若干破坏模式。大于0.010英寸的后壁变形被认为是破坏。基于先前测试，确定大于0.010英寸是后壁变形的程度与扭矩值的比率急剧增加的点。测试结果的小结以下展示于表2中。
表2 插入物后壁测试结果小结
对后壁厚度的测试确定，用于制造插入物的材料类型(例如，黄铜或铜)对于引起破坏所需要的扭矩值在统计上并不重要。在使用1/4″x 20不锈钢螺栓和360黄铜插入物的情况下，测试结果指示0.190英寸的后壁厚度将需要大于193.9磅英寸的扭矩来实现破坏。测试具有0.190英寸后壁厚度的三个插入物来验证所述结果。插入物中的螺栓被施加扭矩到约196到198磅英寸，且平均变形经测量为0.011英寸。
通过将插入物安装在固持于老虎钳中的夹具中，将硬化钢垫圈放置在螺栓与插入物之间以提供已知长度的啮合(即，延伸到插入物中的螺栓的长度)并驱动螺栓进入插入物中直到插入物的螺纹剥离为止，同时监视并记录扭矩值，来测量插入物的螺纹强度。针对这些测试使用黑色氧化物合金钢螺栓代替不锈钢螺栓，因为不锈钢螺栓在螺纹发生破坏破坏之前断裂。针对每一类型的插入物执行五个测试，其中每一测试使用新的螺栓和插入物。插入物螺纹强度因素、等级和回合展示于表3中，且插入物螺纹测试结果的小结展示于表4中。
表3 插入物螺纹强度测试因素、等级和回合 表4 插入物螺纹测试计算 对螺纹强度的测试确定，所有输入因素对引起破坏所需要的扭矩值很重要。1/4″x 20x 0.625″的螺栓尺寸以及标准的对应安装硬件(一个为0.062英寸厚的锁紧垫圈、一个为0.050英寸厚的平垫圈，且一个为0.125英寸厚的汇流条)导致螺栓与插入物之间0.388英寸的啮合长度。利用锁紧垫圈、平垫圈和汇流条的此堆叠，计算得到344.9磅英寸的破坏扭矩值。
实行测试以确定在本文称为“未受支撑的螺栓头部”和“受支撑的螺栓头部”条件的两种条件下的螺栓强度。当螺栓与插入物后壁之间的障碍物防止螺栓的末端接触插入物的后壁时，存在“受支撑的螺栓头部”条件。当螺栓的末端接触插入物的后壁时，存在“未受支撑的螺栓头部”条件。螺栓强度因素在表5中列出，且“未受支撑的螺栓头部”和“受支撑的螺栓头部”条件的结果展示于表6中。
表5 螺栓强度因素 未受支撑的螺栓强度实验包含将第一螺栓完全驱动到安装在老虎钳中的联结螺母(见图20)的一端中，将第二螺栓完全驱动到联结螺母的相对端中直到在螺母的中间部分附近与第一螺栓形成接触为止，继续驱动第二螺栓直到螺栓断裂为止，同时监视并记录扭矩值。测试十五个螺栓，其中每一测试使用新的螺栓和联结螺母。使具有未受支撑的头部的1/4″x 2018-8不锈钢螺栓断裂所必需的平均扭矩值为180.7镑英寸。
受支撑的螺栓强度实验包含将螺栓完全驱动到安装在老虎钳中的联结螺母的一端中直到螺栓断裂为止，同时监视并记录扭矩值。测试十八个螺栓，其中每一测试使用新的螺栓和联结螺母。使具有受支撑的头部的1/4″x 2018-8不锈钢螺栓断裂所必需的平均扭矩值为202.7镑英寸。
表6 螺栓强度结果小结 总的来说，干扰前部端子焊接的过多插入物后壁变形可能会导致灾难性的电池故障。因此，需要螺栓在插入物变形之前断裂。0.190英寸的360黄铜插入物后壁厚度导致1/4″x 2018-8不锈钢过长螺栓头部在大于0.010英寸的后壁偏斜之前断裂。具有受支撑的头部和至少0.388英寸的啮合长度的1/4″x 20x 0.625″螺栓将在插入物螺纹剥离之前断裂。
因此，虽然已描述了本发明的优选实施例，但所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的精神的情况下作出其它实施例，且希望包含属于本文陈述的权利要求书的真实范围内的所有此类进一步修改和变化。
权利要求
1.一种包括用于容纳螺纹端子螺栓的螺纹电池端子的电池，所述螺纹电池端子包括
衬套，其具有在开放端与闭合端之间延伸的轴向孔；以及
插入物，其具有纵轴和沿着所述纵轴在开放端与后壁之间延伸的螺纹开口，所述端子螺栓螺合地接纳在所述螺纹开口中；且所述插入物的所述后壁具有足够强度以促使过长的螺栓在所述螺栓接触所述后壁之后继续螺纹插入时断裂。
2.根据权利要求1所述的螺纹电池端子，其中所述插入物形成在所述衬套中。
3.根据权利要求1所述的螺纹电池端子，其中当所述端子螺栓接触所述后壁并以高达约193.9磅英寸的扭矩旋转时，所述后壁变形小于0.010英寸。
4.根据权利要求1所述的螺纹电池端子，其中所述插入物由黄铜制成，且所述衬套由铅制成。
5.根据权利要求1所述的螺纹电池端子，其中所述插入物通过模制工艺而形成在所述衬套中。
6.根据权利要求1所述的螺纹电池端子，其中当所述螺栓具有0.235英寸或更大的螺纹啮合时，所述螺栓在所述插入物螺纹被所述螺栓的继续旋转破坏之前断裂。
7.根据权利要求1所述的螺纹电池端子，其中所述后壁具有0.170英寸的最小厚度。
8.根据权利要求1所述的螺纹电池端子，其中所述后壁具有0.190英寸的厚度。
9.一种用于经模制电池壳的螺纹电池端子，所述电池端子包括
衬套，其具有在开放端与闭合端之间延伸的轴向孔；以及
插入物，其具有纵轴和沿着所述纵轴在开放端与后壁之间延伸的螺纹开口，
其中所述插入物形成在所述衬套内且所述螺纹开口适于接纳螺栓，且其中当过长的螺栓螺合到所述开口中并以小于193.9磅英寸力的扭矩接触所述后壁时，所述后壁变形小于或等于0.010英寸。
10.根据权利要求9所述的螺纹电池端子，其中所述插入物由黄铜或铜制成，且所述衬套由铅制成。
11.根据权利要求9所述的螺纹电池端子，其中所述插入物通过模制工艺而形成在所述衬套中。
12.根据权利要求9所述的螺纹电池端子，其中当0.235英寸或更大的螺纹啮合时，所述螺栓在所述螺纹被所述螺栓的继续旋转破坏之前断裂。
13.根据权利要求9所述的螺纹电池端子，其中所述后壁具有0.170英寸的最小厚度。
14.根据权利要求9所述的螺纹电池端子，其中所述后壁具有0.190英寸的厚度。
全文摘要
本发明提供一种具有用于容纳螺纹端子螺栓的螺纹电池端子的电池。所述螺纹电池端子包含衬套，其具有在开放端与闭合端之间延伸的轴向孔；以及插入物，其具有纵轴和沿着所述纵轴在开放端与后壁之间延伸的螺纹开口。所述端子螺栓螺合地接纳在所述螺纹开口中，且所述插入物的所述后壁具有足够强度以促使过长的螺栓在所述螺栓接触所述后壁之后继续螺纹插入时断裂。
文档编号H01M2/30GK101609876SQ20091014659
公开日2009年12月23日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者别洛斯基·马修, 瑟尔克·大卫, 伯菲佛·盖伊, 印科曼·马克 申请人:西恩迪技术有限公司