电连接器和用于燃料电池组的电气系统 |
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| 申请号 | CN200910160413.5 | 申请日 | 2009-07-16 | 公开(公告)号 | CN101630780B | 公开(公告)日 | 2012-05-30 |
| 申请人 | 通用汽车环球科技运作公司; | 发明人 | V·库马; A·G·阿拉肯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及在小空间中的柔性电 母线 。一种 电连接器 具有一对间隔开的 接触 部分和在所述接触部分之间延伸的大致螺旋形弹性部分。公开了用于在紧凑空间中使用的电连接器，所述电连接器是柔性和便宜的，非常适合于用于车辆 燃料 电池 电气系统。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电连接器，包括： |
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| 说明书全文 | 电连接器和用于燃料电池组的电气系统技术领域背景技术[0002] 燃料电池已经作为替代性的清洁和有效的电力源提出。具体地，燃料电池可以取代使用常规功率发生方法(如内燃机)用于给车辆提供动力。通常，单个燃料电池不能产生大量的功率。燃料电池成组地设置，以便为车辆供应需要的能量需求。 [0003] 质子交换膜燃料电池是包括阳极、阴极和电解质膜的一种燃料电池。电解质膜设置在阴极和阳极之间。扩散层可以设置在阳极和阴极附近，以分配反应物，如氢气和空气。燃料电池内的电化学反应产生水作为反应产物。在操作中，水由每个燃料电池内的电解质膜吸收，从而使得在一些组设计中燃料电池组的总长变化。 [0004] 在燃料电池组的任一端的电连接件必须适应燃料电池组的变化长度。这必须在保持严格的空间需求，保持制造商的低成本和保持携载高电流的能力的同时实现。用以保持这些参数的先前尝试已经通过使用滑动接头、柔性编织连接器和悬臂式母线来完成。 [0005] 滑动接头连接器，通常称为叉式插头(fork plug)，具有刀片和叉，允许少量的移动，同时保持刀片和叉之间的电接触。尽管具有非常紧凑的尺寸，但是由于高成本、空间需求和受限的移动范围，滑动接头连接器已经证实为一种在燃料电池组端部处的电连接件的限制性选择。因而，滑动接头连接器不是车辆制造商的合适选择。 [0006] 柔性编织连接器也不能作为满足车辆制造商需求的可行手段。编织连接器在编织物中含有气隙，且不能保持实心连接器的空间效率。尽管能够允许燃料电池组的充分移动，但是编织连接器已经被证实为太昂贵而不可行，同时还不能满足严格的空间要求。 [0007] 作为第三选择，悬臂式母线也是不适当的选择。悬臂式母线通过连接器内的偏压力来保持电接触。虽然是成本有效的选择，但是悬臂式母线需要大的空间来适应燃料电池组的变化长度，从而限制其在车辆应用中的使用。 [0008] 期望提供一种成本有效的柔性电连接器，其允许电气系统中两点之间的充分移动，同时保持严格的空间要求。 发明内容[0009] 已经惊奇地发现，本发明提供一种成本有效的柔性电连接器，其允许电气系统中两点之间的充分移动，同时保持严格的空间要求。 [0010] 在一个实施例中，所述电连接器包括第一接触部分、从所述第一接触部分隔开的第二接触部分、以及在所述第一接触部分和所述第二接触部分之间延伸的弹性部分，所述弹性部分适合于利于所述第一接触部分和所述第二接触部分之间的相对移动。 [0011] 在另一实施例中，所述电连接器包括多个导体和设置在所述导体之间的绝缘体，所述导体具有第一接触部分、从所述第一接触部分隔开的第二接触部分、以及在所述第一接触部分和所述第二接触部分之间延伸的弹性部分，所述弹性部分适合于利于所述第一接触部分和所述第二接触部分之间的相对移动。 [0012] 本发明也提供用于燃料电池组的电气系统。 [0013] 在一个实施例中，一种用于燃料电池组的电气系统包括接口单元、燃料电池组和联接到所述接口单元和燃料电池组的电连接器，所述电连接器包括第一接触部分、从所述第一接触部分隔开的第二接触部分、以及在所述第一接触部分和所述第二接触部分之间延伸的弹性部分，所述弹性部分适合于利于所述第一接触部分和所述第二接触部分之间的相对移动。 [0015] 本发明的上述以及其它益处对于本领域技术人员来说从本发明的实施例的以下详细说明结合附图考虑时显而易见，在附图中： [0016] 图1是根据本发明的一个实施例的柔性电连接器的透视图； [0017] 图2是沿线2-2截取的图1所示的柔性电连接器的截面图； [0018] 图3是根据本发明的另一个实施例的柔性电连接器的透视图； [0019] 图4是包括图1的柔性电连接器的燃料电池组的电气系统的透视图；和[0020] 图5是包括图3的柔性电连接器的燃料电池组的电气系统的透视图。 具体实施方式[0021] 以下详细说明和附图描述和图示了本发明的实施例。说明和附图用于使得本领域技术人员能够实现和使用本发明，且不旨在以任何方式限制本发明的范围。 [0022] 参考图1，示出了根据本发明的电连接器10。电连接器10包括接触部分12和弹性部分14。电连接器10由导电材料制成，例如铜或铝。可以根据期望使用其它材料。在某些实施例中，电连接器10可以通过从坯体压制具有矩形截面形状的一段金属且将该段金属弯曲成所示形状而形成。应当理解的是，电连接器10可以由其它方法形成。还应当理解的是，电连接器10可以根据期望具有其它截面形状。如图所示，弹性部分14在接触部分12之间延伸，在此，部件可以共有一致的实心截面。在所示实施例中，弹性部分14具有大致螺旋形形状。然而，可以使用提供纵向轴向柔性的其它形状，例如阶梯式矩形形状。接触部分12和弹性部分14中的一个或两者的截面形状可以是矩形。然而，应当理解的是，接触部分 12和弹性部分14可以根据期望具有不同的形状。 [0023] 如图2所示，电连接器的矩形截面16具有垂直于弹性部分14的轴线的第一长度L1和平行于弹性部分14的轴线的第二长度L2。优选地，第一长度L1大于第二长度L2，从而沿弹性部分14的纵轴线提供柔性。随着第一长度L1与第二长度L2的比值增加，每转弹性部分14的轴向柔性量增加。作为非限制性示例，比值2可以产生每转3毫米的轴向柔性，而比值3可以产生每转4毫米的轴向柔性。此外，广为人知的是，导体的截面面积与导体能够携载的电流量直接相关。这些和其它特性可以改变，以形成具有期望长度和柔性的电连接器10，从而适合期望的特定需要。 [0024] 电连接器的接触部分12在图1中示出为大致平行于弹性部分14的纵轴线。通过使接触部分12周围的空间显著开放，这利于使用用于连接的各种选择。可以采用接触部分12的其它设置，例如接触部分12大致垂直于弹性部分14的纵轴线。此外，接触部分12可以适合于特定需要地在平行和垂直设置之间以任何角度设置。接触部分12可以包括孔18，孔18适合于接收用于将连接器10联接到电气系统的紧固件19(在图4中示出)。其它特征可以并入到接触部分12中，如突片或突起，以利于电连接器10的充分电连接或充分联接。 [0025] 电连接器10的弹性部分14显示为遵循沿轴线的大致环形路径，但是可以采用其它形状实现相同的效果。例如，可以使用椭圆形、矩形或多边形路径。如果期望，弹性部分14也可以采用非线性轴线。在某些实施例中，取决于电连接器10的期望几何形状，可以包含弯曲轴线或具有多个线段的轴线。如图所示，弹性部分14包括三转。然而，应当理解的是，可以使用包括分数在内的任何数量的转数来形成期望的弹性部分14。 [0026] 在一个实施例中，连接部分20设置在接触部分12和弹性部分14之间。如图所示，连接部分20是弧形，从而允许接触部分12和弹性部分14之间的平滑过渡。连接部分20与接触部分12和弹性部分14共有一致的实心截面形状。连接部分20防止在接触部分12和弹性部分14之间突然过渡处明显的剪切应力集中。此外，在存在连接部分20时，电连接器10的疲劳可以最小化，从而使得连接器10的寿命最大化。 [0027] 在使用中，电连接器10联接到电气系统的至少一个可移动部件。当所述部件中的一个移动时，电连接器10可以轴向地压缩电连接器10、使得电连接器轴向延伸、或使得弹性部分14的轴线偏转。应当注意，连接器10可以用于需要能够以低成本在紧凑空间中携载高电流的连接器的汽车应用。例如，当电连接器10用作燃料电池组的连接器时，连接器10可以存在于燃料电池组和固定组接口单元之间、两个单独的组之间、两个单独的蓄电池之间、或蓄电池端子和接线板之间。当连接器10用于非汽车应用中时，同样的益处是显而易见的。 [0028] 广为人知的是，感应力来自于电流施加到大致螺旋形导体。当电流施加到电连接器10时，电连接器10变成感应器，反抗最初施加的全部电流且防止在停止时对电流的立即抑制。在连接器10产生的感应可能引起困难时，本发明可以适合于借助于形成大致相等而相反的感应来使得感应最小化。 [0029] 图3示出了类似于图1所述的实施例的本发明的另一实施例。关于图1的说明的类似结构的附图标记在图3中以单引号(’)重复。 [0030] 在图3中，两个导体22形成接触部分12’、弹性部分14’和连接部分20’中的每一个。然而，应当理解的是，可以使用任何数量的导体22。弹性绝缘材料24(如，塑料)设置在导体22之间。该设置允许连接器携载多个电流。电流可以处于相反的方向且产生相反的感应力。当相反的电流具有大致相同的量值时，得到的感应力也将具有大致相同的量值。这导致净感应力不显著，从而允许连接器10’在不会产生与感应力有关的困难的情况下被使用。如图所示，孔18’可以包含在每个导体22中的接触部分12’中。 [0031] 本发明提供了包含电连接器的电气系统。图4示出了电气系统26，电气系统26包括接口单元28、燃料电池组30和电连接器10。 [0032] 组接口单元28可以是适合于接收至少一个电连接件和输送电流的通用或特定类型。如图所示，组接口单元28由紧固件19联接到电连接器10，紧固件19延伸通过电接触部分12中的孔18。可以根据期望使用其它装置，如自接合突起或夹具类型的连接器。组接口单元28通常附接到与燃料电池组30分开的系统。例如，组接口单元28可以附接到例如车辆底盘或其它固定部件。此外，组接口单元28可以附接到发电系统的刚性结构。 [0033] 燃料电池组30包括用于发电的多个独立燃料电池。在正常操作期间，当燃料电池组30的独立燃料电池之间包括的膜膨胀并接触时，组30的高度将变化。燃料电池组30的端部可以通过使用特定板或专用连接器直接联接到电连接器10。燃料电池组30一端固定地附接到车辆或刚性结构，从而限制燃料电池组30的一端的膨胀和收缩。当组30一端固定时，电连接器10将联接到相对端。也可以采用其它设置，例如将燃料电池组30在中间点附连，从而允许在两端发生膨胀和收缩。如图所示，燃料电池组30由紧固件19联接到电连接器10，紧固件19延伸通过电连接器10中的孔18。可以根据期望使用其它装置，如自接合突起或夹具类型的连接器。 [0034] 图5示出了类似于图4所示的实施例的本发明的另一实施例。关于图4的说明的类似结构的附图标记在图5中以单引号(’)重复。 [0035] 图5示出了包含在电气系统26’中的电连接器10’，其中，电连接器10’包括多个导体22，导体22之间设置有绝缘体24。组接口单元28’和燃料电池组30’可以适合于与具有多个导体的电连接器10’一起使用。 [0036] 从前述说明，本领域技术人员能够容易地确定本发明的实质特性，并在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明作出适合于各种用途和状况的各种变化和变型。 |
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