大功率电池连接器及热拔插控制系统的制作方法

本发明涉及一种连接器，具体是涉及一种大功率电池连接器及热拔插控制系统。

背景技术：

随着锂电池行业发展的突飞猛进,锂电池的环保、使用寿命长、放电性能好等优点越来越显现出来；目前，锂电池已广泛应用于电瓶车、电动汽车、家用备用电源、通讯基站等各行各业。大功率锂电池是指能够提供大功率放电的锂离子电池，能够通过大功率放电给设备、器械、模型、车辆等负载提供驱动力，以大功率锂电池驱动大功率电瓶车为例，锂电池与电瓶车之间通过连接器实现电导通，由于电瓶车功率较大，导致连接器上的工作电流和开路电压较大，如果电瓶车在通电的情况下与锂电池的断开或接通，即连接器误操作进行热拔插，连接器的正负极触碰或断开的瞬间，会产生电火花，即连接器的正负极触点起弧，造成触点烧蚀，导致连接器寿命下降，进而影响了锂电池的正常使用。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种大功率电池连接器，可支持无限次热插拔(带电或带负载操作)，为大功率负载的热拔插提供了保障。

本发明的另一个目的是，提出一种用于大功率电池连接器的热拔插控制系统，可避免大功率电池连接器在热拔插过程中产生电火花，解决了由于热拔插导致连接器寿命下降的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种大功率电池连接器，包括连接器公端和连接器母端，所述连接器公端包括公端本体、形成于所述公端本体一侧的公端凸台、嵌设于所述公端凸台内的公端正负极连接针及公端热拔插信号针，所述连接器母端包括母端本体、形成于所述母端本体上的母端环槽、设于所述母端环槽内的母端正负极连接针和母端热拔插信号针，所述公端凸台与所述母端环槽相互插接，所述母端正负极连接针与所述公端正负极连接针前端的导电插孔相互插接，所述母端热拔插信号针前端的弹簧触点与所述公端热拔插信号针前端的针头槽相互抵接，且所述公端正负极连接针与所述母端正负极连接针先接触后，所述公端热拔插信号针再与所述母端热拔插信号针接触。

作为本发明的进一步改进，以相互插接面为基准，所述公端热拔插信号针的高度低于所述公端正负极连接针或/和所述母端热拔插信号针的高度低于所述母端正负极连接针。

作为本发明的进一步改进，所述公端凸台主要由第一凸台、第二凸台和第三凸台组成，所述第二凸台位于所述第一凸台和第三凸台之间，且所述第二凸台与所述第一凸台和所述第三凸台之间形成间隙；所述母端环槽被两条筋板分割成为第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述公端正负极连接针包括公端正极连接针和公端负极连接针，所述母端正负极连接针包括母端正极连接针和母端负极连接针，所述公端正极连接针嵌设于所述第一凸台内，所述公端负极连接针嵌设于所述第三凸台内，所述公端热拔插信号针嵌设于所述第二凸台内；所述母端正极连接针设于所述第一凹槽内，所述母端负极连接针设于所述第三凹槽内，所述母端热拔插信号针设于所述第二凹槽内，所述第一凸台插接于所述第一凹槽内，所述第二凸台插接于所述第二凹槽内，所述第三凸台插接于所述第三凹槽内，使所述公端正极连接针及所述公端负极连接针与所述母端正极连接针及所述母端负极连接针先正对接触后，再使所述公端热拔插信号针与所述母端热拔插信号针正对接触。

作为本发明的进一步改进，所述第一凸台与所述第三凸台平齐，所述第二凸台的高度低于所述第一凸台和第三凸台。

作为本发明的进一步改进，所述公端正负极连接针包括两根公端正极连接针和两根公端负极连接针，两根所述公端正极连接针穿出所述公端本体的背面后通过第一导电金属片电性连接在一起；两根所述公端负极连接针穿出所述公端本体的背面后通过第二导电金属片电性连接在一起；所述母端正负极连接针包括两根母端正极连接针和两根母端负极连接针，两根所述母端正极连接针穿出所述母端本体的背面后通过第三导电金属片电性连接在一起；两根所述母端负极连接针穿出所述母端本体的背面后通过第四导电金属片电性连接在一起。

作为本发明的进一步改进，所述连接器公端还包括公端pcb线路板和多个公端数据传输信号针，所述公端pcb线路板安装于所述公端本体的背面，所述公端数据传输信号针嵌设于所述第二凸台内，所述公端数据传输信号针底端从所述公端本体背面穿出后与所述公端pcb线路板电连接，所述公端pcb线路板一端形成有公端连接线插口。

作为本发明的进一步改进，所述连接器母端还包括母端pcb线路板和多个母端数据传输信号针，所述母端pcb线路板安装于所述母端本体的背面，所述母端数据传输信号针设于所述第二凹槽内，所述母端数据传输信号针底端从所述母端本体背面穿出后与所述母端pcb线路板电连接，所述母端pcb线路板一端形成有母端连接线插口。

作为本发明的进一步改进，所述母端环槽为凸出于所述母端本体的圆环，所述圆环外侧面上形成有多个凸筋，所述第一凸台、第二凸台和第三凸台组成的整体呈圆形。

作为本发明的进一步改进，还包括橡胶圈，所述橡胶圈套在所述公端凸块外，并与所述公端本体密封连接，所述圆环与所述公端凸块插接后，所述圆环的外侧面的凸筋与所述橡胶圈弹性接触。

一种热拔插控制系统，主要由电池组、控制电路板和所述的大功率电池连接器组成，所述控制电路板与所述电池组的充放电电路电性连接，所述大功率电池连接器的连接器公端的公端正负极连接针及公端热拔插信号针通过线路与所述控制电路板电性连接，所述大功率电池连接器的连接器母端的母端正负极连接针与负载的控制电路电性连接，所述大功率电池连接器的连接器母端的母端热拔插信号针与负载的控制电路的正极线电性连接，所述公端热拔插信号针与所述母端热拔插信号针接触时，反馈连接信号给所述控制电路板，所述控制电路板根据接收到的连接信号控制所述电池组的充放电电路的通断。

本发明的有益效果是：

一、本发明大功率电池连接器包括连接器公端和连接器母端，连接器公端包括公端本体和公端凸台，连接器母端包括母端本体和母端环槽，通过在连接器公端的公端凸台内设置用于实现电传输的公端正负极连接针，并设置用于实现热拔插控制的公端热拔插信号针；再通过在母端环槽内设置与公端正负极连接针对应的用于实现电传输的母端正负极连接针，并在母端环槽内设置与公端热拔插信号针对应的用于实现热拔插控制的公端热拔插信号针，并将公端热拔插信号针与母端热拔插信号针设计为先断开接触，而将公端正负极连接针与母端正负极连接针的连接设计为后断开接触，本发明大功率电池连接器可支持无限次热插拔(带电或带负载操作)，能够为大功率负载的热拔插提供保障，也不会因为误操作，导致连接器寿命下降。

二、本发明提出一种用于大功率电池连接器的热拔插控制系统，主要由电池组、控制电路板和大功率电池连接器组成，控制电路板主要用于采集电池连接器的公端热拔插信号针与母端热拔插信号针接触后的连接信号，并根据该连接信号控制电池组的充放电电路的通断。即在公端热拔插信号针与母端热拔插信号针接触后，控制电路板将会获取一个连接信号，控制电路板将通过控制电路实现电池组充放电电路的导通，相反，在公端热拔插信号针与母端热拔插信号针断开接触后，控制电路板失去连接信号，将通过控制电路控制电池组的充放电电路的断电。这样，将电池端插入机车端上时，电池端的正负极与机车端的正负极虽然先接触，但此时，电池端的控制电路板通过控制电路控制锂电池是不通电的，因此，不会产生电火花，等到电池端的热拔插信号针和机车端的热拔插信号针接触后，反馈信号给电池端的控制电路板，控制电路板通过控制电路立即开启或延迟设定时间再开启电池端的电池组正式通电，可避免连接器插接时发生电火花。相反，在将电池端从机车端上拔出时，电池端的热拔插信号针和机车端的热拔插信号针将先断开接触，此时，电池端的控制电路板由于失去了热拔插信号针的反馈信号，将立即断开电池端的供电，由于电池端已经处于断电状态，电池端的正负极与机车端的正负极后断开接触时，也不会发生电火花。这样，可以避免大功率电池连接器在热拔插过程中产生电火花，解决由于热拔插导致连接器寿命下降的问题。

附图说明

图1为本发明大功率电池连接器的立体图；

图2为本发明大功率电池连接器的侧视图；

图3为图2中a-a向剖面视图；

图4为本发明大功率电池连接器的仰视图；

图5为图4中b-b向剖面视图；

图6为本发明中连接器公端的正面视图；

图7为本发明中连接器公端的背面视图；

图8为本发明中连接器母端的正面视图；

图9为本发明中连接器母端的背面视图；

图10为本发明热拔插控制系统的工作原理图。

结合附图，作以下说明：

1-连接器公端，110-公端本体，120-公端凸台，121-第一凸台，122-第二凸台，123-第三凸台，131-公端正极连接针，132-公端负极连接针，140-公端热拔插信号针，150-第一导电金属片，160-第二导电金属片，170-公端pcb线路板，180-公端数据传输信号针，190-公端连接线插口，2-连接器母端，210-母端本体，220-母端环槽，221-筋板，222-第一凹槽，223-第二凹槽，224-第三凹槽，225-凸筋，231-母端正极连接针，232-母端负极连接针，240-母端热拔插信号针，250-第三导电金属片，260-第四导电金属片，270-母端pcb线路板，280-母端数据传输信号针，290-母端连接线插口，3-橡胶圈。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。其中所说的结构或面的上面或上侧，包含中间还有其他层的情况。

实施例，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，一种大功率电池连接器，包括连接器公端11和连接器母端2，所述连接器公端1包括公端本体110、形成于所述公端本体110一侧的公端凸台120、嵌设于所述公端凸台120内的公端正负极连接针及公端热拔插信号针140，所述连接器母端2包括母端本体210、形成于所述母端本体210上的母端环槽220、设于所述母端环槽220内的母端正负极连接针和母端热拔插信号针240，所述公端凸台120与所述母端环槽220相互插接，所述母端正负极连接针与所述公端正负极连接针前端的导电插孔相互插接，所述母端热拔插信号针240前端的弹簧触点与所述公端热拔插信号针140前端的针头槽相互抵接，且所述公端正负极连接针与所述母端正负极连接针先接触后，所述公端热拔插信号针140再与所述母端热拔插信号针240接触。这样，通过连接器公端1的公端凸台120与连接器母端2的母端环槽220的相互插接，可以实现连接器的插接定位功能。本发明除了在公端凸台120内设置用于实现电传输的公端正负极连接针，还设置了用于实现热拔插控制的公端热拔插信号针140，同样，在母端环槽220内设置了与公端正负极连接针对应的用于实现电传输的母端正负极连接针，并在母端环槽220内设置了与公端热拔插信号针140对应的用于实现热拔插控制的公端热拔插信号针140。特别的，为了避免连接器公端1与连接器母端2带电拔出时，公、母端正负极连接针在断开连接时产生电火花，本发明将公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240设计为先断开接触，而将公端正负极连接针与母端正负极连接针的连接设计为后断开接触，也就是说，在连接器公端1与连接器母端2相互插接时，将公端正负极连接针与母端正负极连接针的连接设计为先接触，而将公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240的连接设计为后接触。这样，本发明大功率电池连接器可支持无限次热插拔(带电或带负载操作)，能够为大功率负载的热拔插提供保障，也不会因为误操作，导致连接器寿命下降。

为了实现连接器公端1与连接器母端2相互插接时，公端正负极连接针与母端正负极连接针的先接触，公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240后接触。具体实施时，可以以相互插接面为基准，将公端热拔插信号针140的高度设计为低于公端正负极连接针，或者将母端热拔插信号针240的高度设计为低于所述母端正负极连接针。或者同时将公端热拔插信号针140的高度设计为低于公端正负极连接针，将母端热拔插信号针240的高度设计为低于所述母端正负极连接针。

为了实现连接器公端1与连接器母端2相互插接时更加牢固稳定，避免母端正、负极连接针及母端热拔插信号针240之间产生连电，优选的，参见图6、图7、图8和图9，连接器公端1的公端凸台120主要由第一凸台121、第二凸台122和第三凸台123组成，第二凸台122位于第一凸台121和第三凸台123之间，且第二凸台122与第一凸台121和第三凸台123之间形成间隙；母端环槽220被两条筋板221分割成为第一凹槽222、第二凹槽223和第三凹槽224；公端正负极连接针包括公端正极连接针131和公端负极连接针132，母端正负极连接针包括母端正极连接针231和母端负极连接针232，公端正极连接针131嵌设于第一凸台121内，公端负极连接针132嵌设于第三凸台123内，公端热拔插信号针140嵌设于第二凸台122内；母端正极连接针231设于第一凹槽222内，母端负极连接针232设于第三凹槽224内，母端热拔插信号针240设于第二凹槽223内，第一凸台121插接于第一凹槽222内，第二凸台122插接于第二凹槽223内，第三凸台123插接于第三凹槽224内，使公端正极连接针131及公端负极连接针132与母端正极连接针231及母端负极连接针232先正对接触后，再使公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240正对接触。这样，由于公端正极连接针131及公端负极连接针132在公端凸台120上的位置母端正极连接针231及母端负极连接针232在母端环槽220内的位置一一对应，连接器公端1与连接器母端2装配后，可使公端正、负极连接针插接在母端正、负极连接针前端的导电插孔内，且公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240也可以正对弹性接触，实现信号的连通。由于母端环槽220被两条筋板221分割成了三个独立的凹槽空间，实现了母端正、负极连接针与母端热拔插信号针240的独立设置，从而可以避免母端正、负极连接针及母端热拔插信号针240之间产生连电。且在母端环槽220为凸出于母端本体210的环体时，两条筋板221可以起到增加环体强度的作用。优选的，为了增加相互插接时牢固性，将第二凸台122的中部位置设计为凸弧状，并将两个筋板221中部对应的位置设计为凹弧状，同时，第一凸台121与第三凸台123的中部位置也设计为凹弧状。

为了使连接器公端1与连接器母端2的插接更稳定可靠，优选的，本发明大功率电池连接器还包括橡胶圈3，橡胶圈3套在公端凸块外，并与公端本体110密封连接，圆环与公端凸块插接后，圆环的外侧面的凸筋225与橡胶圈3弹性接触。这里，橡胶圈3一方面起到阻尼的作用，达到降低连接器公端1的公端凸台120与连接器母端2的母端环槽220相互插接后的左右晃动的目的。另一方面起到密封的作用，阻止异物进入到公端凸块底端的环形槽内。

上述结构中，母端环槽220的形状不限，优选的，母端环槽220为凸出于所述母端本体210的圆环，所述圆环外侧面上形成有多个凸筋225225，所述第一凸台121、第二凸台122和第三凸台123组成的整体呈圆形。这样，母端环槽220凸出于母端本体210，母端环槽220与第一、第二、第三凸台123组成的整体均呈圆形，便于连接器公端1与连接器母端2之间的插接。圆环外侧面上形成的多个凸筋225一方面起到增加结构强度的作用，另一方面，在凸筋225与橡胶圈3相互配合时，相邻凸筋225之间的槽起到通气的作用，便于将连接器公端1从连接器母端2上拔出。优选的，公端凸台120的底端周边形成有避让圆环的环形槽，这样，公端凸台120插接于圆环内的同时，圆环的前端插置于环形槽内。

由于母端热拔插信号针240与公端热拔插信号针140之间的连接时通过弹簧触点与针头槽的压接实现，为了降低这段压缩空间的信号延迟，优选的，第一凸台121与第三凸台123平齐，第二凸台122的高度低于第一凸台121和第三凸台123。且通过控制第二凸台122的高度低于第一凸台121和第三凸台123，可以保证公端正、负极连接针与母端正、负极连接针先接触后，公端热拔插信号针140再与母端热拔插信号针240接触，使大功率电池连接器具备热拔插功能。

上述结构中，公端本体110和母端本体210的形状不限，作为一种优选实施例，本发明将公端本体110和母端本体210设计成了方形，但不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要，将公端本体110及母端本体210设计成其他规则形状(比如圆形、椭圆形)或不规则形状(比如多棱柱型)。同样，本发明将母端本体210的母端环槽220设计成了圆形，将第一凸台121、第二凸台122和第三凸台123整体设计成了圆形。但不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要，将圆环设计成其他规则形状(比如正方形、长方形)或不规则形状(比如多棱柱型)。

优选的，参见图6和图9，所述公端正负极连接针包括两根公端正极连接针131和两根公端负极连接针132，两根所述公端正极连接针131穿出所述公端本体110的背面后通过第一导电金属片150电性连接在一起；两根所述公端负极连接针132穿出所述公端本体110的背面后通过第二导电金属片160电性连接在一起；所述母端正负极连接针包括两根母端正极连接针231和两根母端负极连接针232，两根所述母端正极连接针231穿出所述母端本体210的背面后通过第三导电金属片250电性连接在一起；两根所述母端负极连接针232穿出所述母端本体210的背面后通过第四导电金属片260电性连接在一起。这样，通过两根公端正极连接针131与两根母端正极连接针231连接导电，两根公端负极连接针132与两根母端负极连接针232连接导电，可以实现更大电流的导通，满足大功率电池的充放电需要。其中，第一导电金属片150用于实现两根公端正极连接针131导电连接，具体可以采用镍片，将两根公端正极连接针131焊接在镍片上，外部正极导线也可以焊接在镍片上，从而实现公端正极连接针131与电池端正极导线的导电连接。第二导电金属片160、第三导电金属片250、第四导电金属片260的作用与第一导电金属片150相同。作为一种优选实施例，本发明在公端本体110及母端本体210的背面设计了方形环槽，第一、第二导电金属片160可以容置于公端本体110的方形环槽内，第三、第四导电金属片260可以容置于母端本体210的方形环槽内，以形成对导电金属片及正负极连接针的保护作用。

优选的，参见图6和图9，所述连接器公端1还包括公端pcb线路板170和多个公端数据传输信号针180，所述公端pcb线路板170安装于所述公端本体110的背面，所述公端数据传输信号针180嵌设于所述第二凸台122内，所述公端数据传输信号针180底端从所述公端本体110背面穿出后与所述公端pcb线路板170电连接，所述公端pcb线路板170一端形成有公端连接线插口190。所述连接器母端2还包括母端pcb线路板270和多个母端数据传输信号针280，所述母端pcb线路板270安装于所述母端本体210的背面，所述母端数据传输信号针280设于所述第二凹槽223内，所述母端数据传输信号针280底端从所述母端本体210背面穿出后与所述母端pcb线路板270电连接，所述母端pcb线路板270一端形成有母端连接线插口290。这样，通过pcb线路板可以将多个数据传输信号针的电性引出至连接线插口上。连接线插口用来连接机车端或者电池端的信号连接线，从而实现电池端数据到机车端数据的传输。作为一种优选实施例，本发明中连接器公端1和连接器母端2各示例出了四根数据传输信号针，用于传输电量、电压、温度和里程数据，因此，公端连接线插口190采用了四针插口，相应的，母端连接线插口290也采用了四针插口。

上述结构中，将公端pcb线路板170设计在公端本体110的背面，并将多个公端数据传输信号针180与公端热拔插信号针140共同集成在位于中间位置的第二凸台122上，并呈直线排布；将母端pcb线路板270设计在母端本体210的背面，并将多个母端数据传输信号针280与母端热拔插信号针240共同集成在位于中间位置的第二凹槽223内，并呈直线排布，在实现连接器的数据传输及热拔插信号控制的同时，优化了连接器的结构，且十分便于生产加工制造。

参见图10，本发明还提出一种热拔插控制系统，主要由电池组、控制电路板和上述大功率电池连接器组成，所述控制电路板与所述电池组的充放电电路电性连接，所述大功率电池连接器的连接器公端1的公端正负极连接针及公端热拔插信号针140通过线路与所述控制电路板电性连接；所述大功率电池连接器的连接器母端2的母端正负极连接针与负载的控制电路电性连接，所述大功率电池连接器的连接器母端2的母端热拔插信号针240与负载的控制电路的正极线电性连接，所述公端热拔插信号针140与所述母端热拔插信号针240接触时，反馈连接信号给所述控制电路板，所述控制电路板根据接收到的连接信号控制所述电池组的充放电电路的通断。

上述结构中，控制电路板主要用于采集公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240接触后的连接信号，并根据该连接信号控制电池组的充放电电路的通断。优选的，控制电路板由控制芯片和控制电路组成，公端热拔插信号针140通过线路连接至控制芯片，由于母端热拔插信号针240通过线路连接至负载的控制电路的正极线，在公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240接触后，控制芯片将会获取一个连接信号，比如高电平信号或电流信号，此时，控制芯片将通过发送指令给控制电路，实现电池组充放电电路的导通，比如，通过控制开关元件导通，来实现电池组的充放电电路导通。相反，在公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240断开接触后，控制芯片失去连接信号，将通过发送指令给控制电路，使电池组的充放电电路的断电，这样，可以避免大功率电池连接器在热拔插过程中产生电火花，解决由于热拔插导致连接器寿命下降的问题。

本发明热拔插控制系统的工作原理如下：

对大功率电池连接器的结构进行改进，在连接器公端1的公端凸台120内设置了用于实现电传输的公端正负极连接针，还设置了用于实现热拔插控制的公端热拔插信号针140，同样，在母端环槽220内设置了与公端正负极连接针对应的用于实现电传输的母端正负极连接针，并在母端环槽220内设置了与公端热拔插信号针140对应的用于实现热拔插控制的公端热拔插信号针140。特别的，为了避免连接器公端1与连接器母端2带电拔出时，公、母端正负极连接针在断开连接时产生电火花，本发明将公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240设计为先断开接触，而将公端正负极连接针与母端正负极连接针的连接设计为后断开接触，也就是说，在连接器公端1与连接器母端2相互插接时，将公端正负极连接针与母端正负极连接针的连接设计为先接触，而将公端热拔插信号针140与母端热拔插信号针240的连接设计为后接触。这样，在将本发明连接器公端1作为电池端设置在锂电池上，将本发明连接器母端2作为机车端设置在电瓶车上，将电池端插入机车端上时，电池端的正负极与机车端的正负极虽然先接触，但此时，电池端的控制电路板通过控制电路控制锂电池是不通电的，因此，不会产生电火花，等到电池端的热拔插信号针和机车端的热拔插信号针接触后，反馈信号给电池端的控制电路板，控制电路板通过控制电路立即开启或延迟设定时间再开启电池端的电池组正式通电，可避免连接器插接时发生电火花。

同样，在将电池端从机车端上拔出时，电池端的热拔插信号针和机车端的热拔插信号针将先断开接触，此时，电池端的控制电路板由于失去了热拔插信号针的反馈信号，将立即断开电池端的供电，由于电池端已经处于断电状态，电池端的正负极与机车端的正负极后断开接触时，也不会发生电火花。因此，本发明大功率电池连接器及热拔插控制系统可支持大功率电池无限次热插拔(带电或带负载操作)，能够为大功率负载的热拔插提供保障，也不会因为误操作，导致连接器寿命下降。

本发明上述实施例中，给出了连接器公端1与电池端进行连接的示例，在其他实施例中，可以将连接器公端1与连接器母端2进行替换，同时改变公、母端热拔插信号针240的连接方式即可。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。