可维护电连接件和方法

专利名称：可维护电连接件和方法
技术领域：
本发明涉及电连接件和形成电连接件的方法，且更具体地涉及可维护电连接件。
背景技术：
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背 景的目的。当前所署名发明人的工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。电连接件提供用于两个独立导电接触构件之间的电流流动。在一些电连接件中，机械连接件(例如，电连接器)将接触构件结合。在其它电连接件中，冶金连接件(例如，熔焊件)将接触构件结合。一些机械连接件提供这样的优点接触构件可以断开以维护与接触构件有关的电气部件。然而，这种连接件可随着时间退化。例如，氧化层可以在接触构件之间的接口处形成，从而形成高电阻区域。相比而言，冶金连接件可以有利地抑制连接件的退化，然而还抑制相关电气部件的维护。例如，将由熔焊件结合的接触构件断开或分开的努力可导致全部或一部分电接触构件的破坏。电接触构件的破坏可防止接触构件和/或相关电气部件的再次使用或再次附连。

发明内容
在一种形式中，本发明提供一种电连接件，包括第一导电接触构件、第二导电接触构件、接口和附连件。所述第一导电接触构件包括第一接触表面。所述第二导电接触构件包括与所述第一接触表面直接接触的第二接触表面。所述接口包括冷焊件和熔合部段中的一个，将第一导电接触构件和第二导电接触构件物理地结合，且在第一导电接触构件和第二导电接触构件之间形成导电路径。所述接口通过将第一接触表面相对于第二接触表面超声振动而形成。所述附连件与所述接口分开且将第一导电接触构件和第二导电接触构件机械地结合。在各个特征中，所述接口包括冷焊件且没有熔合部段。在其它特征中，所述接口包括冷焊件和熔合部段两者。在另外的特征中，所述附连件压缩所述接口。在另外的特征中，所述附连件在所述接口附近的区域中将第一导电接触构件和第二导电接触构件机械地结合。在另外的特征中，所述附连件在与所述接口重叠的区域中将第一导电接触构件和第二导电接触构件机械地结合。在各个特征中，所述附连件是与第一导电接触构件和第二导电接触构件分开的紧固件。在可选特征中，所述附连件包括由第一导电接触构件和第二导电接触构件形成的接缝。在另外的特征中，第一导电接触构件和第二导电接触构件由不同材料构成。在另外的特征中，第一导电接触构件是蓄电池引线。在另一种形式中，本发明提供一种形成电连接件的方法。在一个示例中，所述方法包括将第一导电接触构件的第一接触表面与第二导电接触构件的第二接触表面接合。所述方法还包括将压力施加到第一接触表面和第二接触表面。所述方法还包括将超声振动相对于第二接触表面施加到第一接触表面，以形成接口，所述接口包括冷焊件和熔合部段中的一个，将第一导电接触构件和第二导电接触构件物理地结合，且在第一导电接触构件和第二导电接触构件之间形成导电路径。所述方法还包括将附连件紧固到第一导电接触构件和第二导电接触构件，所述附连件将第一导电接触构件和第二导电接触构件机械地结合。在各个特征中，所述方法还包括在第一导电接触构件和第二导电接触构件之间形成任何熔合部段之前停止超声振动。在可选特征中，所述方法还包括施加超声振动以形成接口，所述接口包括冷焊件和熔合部段两者。在另一个示例中，一种形成电连接件的方法，包括将第一导电接触构件的第一接触表面与第二导电接触构件的第二接触表面接合。第一导电接触构件和第二导电接触构件 中的至少一个是蓄电池引线。所述方法还包括将压力施加到第一接触表面和第二接触表面。所述方法还包括将超声振动相对于第二接触表面施加到第一接触表面，直到(a)在第一导电接触构件和第二导电接触构件之间形成导电路径；以及(b)形成冷焊件和熔合部段中的一个，从而将第一导电接触构件和第二导电接触构件物理地结合。所述方法还包括将附连件紧固到第一导电接触构件和第二导电接触构件，所述附连件将第一导电接触构件和第二导电接触构件机械地结合。在各个特征中，所述方法还包括在熔合第一导电接触构件和第二导电接触构件之前停止超声振动。方案I. 一种电连接件，包括
导电的第一接触构件，所述第一接触构件包括用于传送电流的第一接触表面；
导电的第二接触构件，所述第二接触构件包括用于传送电流的第二接触表面，其中，所述第二接触表面与所述第一接触表面直接接触；
接口，所述接口包括冷焊件和熔合部段中的一个，将第一接触构件和第二接触构件物理地结合，且在第一接触构件和第二接触构件之间形成主导电路径，其中，所述接口通过将第一接触表面相对于第二接触表面超声振动而形成；和
附连件，所述附连件与所述接口分开且将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。方案2.根据方案I所述的电连接件，其中，所述接口包括冷焊件且没有熔合部段。方案3.根据方案I所述的电连接件，其中，所述接口包括冷焊件和熔合部段两者。方案4.根据方案I所述的电连接件，其中，所述附连件压缩所述接口。方案5.根据方案I所述的电连接件，其中，所述附连件在所述接口附近的区域中将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。方案6.根据方案I所述的电连接件，其中，所述附连件在与所述接口重叠的区域中将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。方案7.根据方案I所述的电连接件，其中，所述附连件是与第一接触构件和第二接触构件分开的紧固件。
方案8.根据方案I所述的电连接件，其中，所述附连件包括由第一接触构件和第二接触构件形成的接缝。方案9.根据方案I所述的电连接件，其中，第一接触构件和第二接触构件由不同材料构成。方案10.根据方案I所述的电连接件，其中，第一接触构件是蓄电池引线。方案11. 一种形成电连接件的方法，包括
将导电的第一接触构件的第一接触表面与导电的第二接触构件的第二接触表面接
合；
将压力施加到第一接触表面和第二接触表面； 将超声振动相对于第二接触表面施加到第一接触表面，以形成接口，所述接口包括冷焊件和熔合部段中的一个，将第一接触构件和第二接触构件物理地结合，且在第一接触构件和第二接触构件之间形成主导电路径；以及
将附连件紧固到第一接触构件和第二接触构件，所述附连件将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。方案12.根据方案11所述的方法，还包括在第一接触构件和第二接触构件之间形成任何熔合部段之前停止超声振动。方案13.根据方案11所述的方法，还包括施加超声振动以形成接口，所述接口包括冷焊件和熔合部段两者。方案14.根据方案11所述的方法，其中，所述附连件在紧固时压缩所述接口。方案15.根据方案11所述的方法，其中，所述附连件在紧固时在靠近接口的区域中将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。方案16.根据方案11所述的方法，其中，所述附连件在紧固时在与接口重叠的区域中将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。方案17.根据方案11所述的方法，其中，所述附连件是从第一接触构件和第二接触构件分开的紧固件。方案18.根据方案11所述的方法，其中，第一接触构件是蓄电池引线。方案19. 一种在蓄电池中形成电连接件的方法，包括
将导电的第一接触构件的第一接触表面与导电的第二接触构件的第二接触表面接合，其中，第一接触构件和第二接触构件中的至少一个是蓄电池引线；
将压力施加到第一接触表面和第二接触表面；
将超声振动相对于第二接触表面施加到第一接触表面，直到
在第一接触构件和第二接触构件之间形成主导电路径；以及
形成冷焊件和熔合部段中的一个，从而将第一接触构件和第二接触构件物理地结合；
以及
将附连件紧固到第一接触构件和第二接触构件，所述附连件将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。方案20.根据方案19所述的方法，还包括在熔合第一接触构件和第二接触构件之前停止超声振动。从下文所提供的详细描述可清楚本发明的其他应用领域。应当理解，这些详细描述和特定示例仅仅旨在用于说明目的，而不旨在限制本发明的范围。


通过详细描述和附图将更完整地理解本发明，其中
图I是图示包括根据本发明的电连接件的蓄电池堆的框 图2是图示根据本发明的电连接件的部分透视 图3是沿图2的线3-3截取的电连接件的示意性截面 图4是图示用于形成根据本发明的电连接件的示例性设备的框 图5是图示根据本发明的另一个电连接件的示意性截面图； 图6是图示根据本发明的另一个电连接件的示意性截面 图7是图示根据本发明的另一个电连接件的示意性截面 图8是图示根据本发明的另一个电连接件的示意性截面图；和 图9是图示用于形成根据本发明的电连接件的示例性方法的流程图。
具体实施例方式以下描述在本质上仅仅是说明性的，且绝不旨在限制本发明、其应用或者使用。为清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记，以表示类似的元件。如本文使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被理解为表示使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法中的各个步骤可在不改变本发明的基本原理的情况下以不同的顺序执行。如本文所使用的，措辞“模块”可以指代以下项、是以下项的一部分、或者包括以下项专用集成电路(ASIC);电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA);执行代码的处理器(共享、专用或者群组)；提供所述功能的其它合适部件；或者上述中的一些或全部的组合，例如在系统级芯片中。措辞“模块”可以包括存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用或者群组)。如上使用的措辞“代码”可以包括软件、固件和/或微码，可指程序、例程、函数、类和/或对象。如上使用的措辞“共享”表示可使用单个(共享)处理器执行来自多个模块的一些或全部代码。另外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个(共享)存储器存储。如上使用的措辞“群组”表示可使用一组处理器或一组执行引擎执行来自单个模块的一些或全部代码。例如，处理器的多个核和/或多个线程可被认为是执行引擎。在各个实施方式中，执行引擎可以跨过处理器、跨过多个处理器、以及跨过处于多个位置的处理器(例如，处于并行处理设置的多个服务器)成组。另外，来自单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器来存储。本文所述的设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在非临时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括存储数据。非临时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、磁性存储器和光存储器。本发明提供一种可维护电连接件和形成电连接件的方法。本发明还提供一种组装包括电连接件的电气装置的方法和拆卸电连接件的方法。与其它常规电连接件相比，所述电连接件的特征在于低接触电阻、高强度和相对容易拆卸。电连接件可用于将与一个或多个电气装置有关的两个或更多导电接触构件结合。如本文使用的，可维护连接件通常指的是可以在不招致防止形成连接件的任何部件再次使用的损坏的情况下可部分或全部拆卸的连接件。可维护连接件可部分或全部拆卸以更换、修理、维护、检查等形成连接件的一个或多个部件和/或连接件所连接的电气装置。电连接件包括在接触构件的接触表面之间形成的物理接口和机械附连件，均将接触构件物理联接。物理接口还将接触构件电联接。物理接口通过使得导电部件接触且使导电部件经受超声振动以去除接触表面上的任何不导电膜或沉积物来形成。在如下文更充分描述的各个实施方式中，物理接口是冷焊件和低强度熔焊件中的一个。如本文使用的，冷焊件通常指的是由在要结合的两个部件之间的接口处不熔融的情况下发生结合的过程形成的物理连接件。冷焊件与可称为常规熔焊件的不同之处在于，在焊接过程期间，在要结合的两个部件中没有形成液体或熔融相。冷焊件经由接触区域之间的吸引分子间力(例如，范德华力)将两个电气部件附连在一起。与冷焊件不同，低强度熔焊件包括将两个电气部件结合在一起的低强度冶金结合部。与冷焊件类似，冶金结合部不足以抵抗预期分离力。总之，物理接口和机械附连件提供可以拆卸然而足以抵抗预期分离力的结构。 根据本发明的电连接件相对于其它常规设计是有利的。例如，电连接件提供电气稳定的接口，然而可以在不物理破坏接触构件的情况下拆卸。由此，电连接件改进电连接件和连接到电连接件的电气部件的可维护性。通过允许维护电气部件，电连接件改进包括可维护电气部件的组件的可循环使用性，且可降低组件的总体寿命成本。具体地参考图1，框示了包括根据本发明的电连接件12的蓄电池组件10。在各个实施方式中，蓄电池组件10包括用于给电气装置供电的可再充电锂离子蓄电池(LIB)组件。虽然本发明的教导图示用于LIB，但是要理解的是，本教导可以应用于其它蓄电池系统和其它电气装置。根据该非限制性示例，LIB组件10用于给全电动或混合动力机动车辆的牵引马达供电。如本文使用的，牵引马达通常指的是提供扭矩以操作机器(例如，机动车辆)的电动马达。LIB组件10包括正端子20、负端子22、以及由电连接件12以串联和并联设置连接的锂离子蓄电池(LIB)24。正端子20和负端子22将蓄电池堆连接到车辆的电气系统，包括牵引马达。在各个实施方式中，LIB 24的数量和设置基于各个蓄电池参数(例如，期望电压、期望功率输出和期望蓄电池存储量)变化。例如，在一个机动车应用中，288个LIB 24提供大约三百六十伏(360 V)、十六千瓦小时存储能量(16 kWh)、以及五十五千瓦每小时的功率(55 kW/h)。为了示例性目的，所示LIB组件10包括以串联和并联设置连接的四(4)个LIB24-1、24-2、24-3、24-4。LIB 24-1、24-2、24-3、24-4 基本类似。LIB 24-1、24-2、24-3、24-4中的每个都包括正引线30、负引线32和电解质34。母线40将LIB 24_1的正引线30连接到LIB 24-2的负引线32，从而形成第一串联设置。母线40具有U形结构(参见图2)，且由铜构成。母线42将LIB 24-3的正引线连接到LIB 24_4的负引线32，从而形成第二串联设置。母线44将LIB 24-2、24-4的正引线连接到正端子20，且母线46将LIB 24_1、24_3的负引线连接到负端子22。另外参考图2，正引线30具有大致平坦或平面结构，且由铜或其它合适导电材料(例如，金属)构成。每个正引线30包括使相邻部件总线40、42、44直接接触的接触表面50。负引线32具有大致平坦或平面结构，且由铝或其它合适导电材料构成。每个负引线32包括使相邻部件总线40、42、46直接接触的接触表面52。在各个实施方式中，正引线30和负引线32基于电解质34的化学性质由铜和铝以外的材料构成。母线40、42基本类似且由铜构成。母线40、42中的每个都具有大致U形截面，包括底壁60和从底壁60延伸的侧壁62、64。每个侧壁62包括使得相邻LIB 24-1,24-3的正引线30的接触表面50直接接触的接触表面72。每个侧壁64包括使得相邻LIB 24-2,24-4的负引线32的接触表面52直接接触的接触表面74。母线44包括侧壁80，侧壁80包括使得相邻LIB 24-2,24-4的正引线30的接触表面50直接接触的接触表面82。母线46包括侧壁84，侧壁84包括使得相邻LIB24-1,24-3的负引线32的接触表面52直接接触的接触表面86。在各个实施方式中，母线40、42、44、46基于正引线30和负引线32的组分由铜以外的材料构成。电连接件12在LIB组件10的各个部件之间形成电连接。为了图示本教导的目的，将详细描述正引线30和母线40之间的电连接件12的特征。将理解的是，以下描述同样适用于其余电连接件12，除非另有声明。另外参考图3，示意性截面示了正引线30和母线40之间的电连接件12。电连接件12包括物理接口 100和机械附连件102。总之，物理接口 100和机械附连件102形成可以在没有破坏方法的情况下拆卸且足够强以抵抗外部拉 伸负载、力矩负载和剪切负载或其组合的电连接件。物理接口 100在接触表面50、72之间的紧密接触区域中形成，且将正引线30物理地和电气地联接到母线40。物理接口 100在正引线30和母线40之间形成主导电路径。物理接口 100还形成用于抵抗分离负载的第一结构，其可以在不招致正引线30和母线40的过多损坏的情况下拆卸。在一个示例中，物理接口 100包括由正引线30和母线40之间的吸引分子间力形成的冷焊件。接触表面50、72之间的吸引分子间力形成将正引线30和母线40物理地联接且抵抗分离负载的结构。在另一个示例中，物理接口 100可选地或者附加地包括由正引线30和母线40在接触表面50、72处的局部熔融和再次固化形成的熔合部段。熔合部段形成将正引线30和母线40冶金地结合的结构。熔合部段抵抗分离负载且具有足够低的强度以允许通过施加用于该目的的外力拆卸，而不引起防止正引线30或母线40再次使用的损坏。在各个实施方式中，接口 100基本上没有熔合部段，或者换句话说，存在的任何熔合部段提供接口 100强度的小于5%。根据本发明，物理接口 100使用超声振动形成。更具体地，超声振动在接触表面50,72被施压在一起时在正引线30和母线40之间局部地施加。超声振动从接触表面50、72去除氧化物膜和其它沉积物，暴露初生金属且提供接触表面50、72之间的紧密接触。紧密接触给物理接口 100提供适当低的接触电阻，且在各个实施方式中，形成将正引线30和母线40物理地联接的吸引分子间力和/或熔合部段。与用于将两个部件焊接在一起的常规超声振动过程不同，超声振动以设计成防止形成冶金结合部且单独能够抵抗预期分离力的压力和/或持续时间施加。在各个方面，压力和/或持续时间小于用于将两个部件焊接在一起的压力和/或持续时间。仅作为示例，为了使用具有三个焊垫的工具产生将三个O. 2mm镍涂覆铜片材与O. 9 mm镍涂覆铜板结合的40毫米(mm)宽45 mm长的焊接部,压力可以在大约40磅/平方英寸(psi)和大约60 psi之间(包括)。对于上述示例，持续时间可以在大约O. 3秒和O. 8秒之间(包括)。所使用的压力和/或持续时间可以基于例如结合在一起的材料、接触部和连接区域的尺寸、以及接触部的几何形状变化。机械附连件102接合且从而将正引线30和母线40机械地结合。机械附连件102形成第二结构，给电连接件12提供附加强度，用于抵抗否则将单独导致物理接口 100分离的外部拉伸负载、力矩负载和剪切负载。机械附连件102可形成抵抗分离负载的主结构。例如，机械附连件102可以吸收分离负载的50%和90%之间，包括所有子范围。在各个实施方式中，机械附连件102压缩正引线30和母线40。机械附连件102可设置靠近物理接口 100和/或与物理接口 100相交或重叠。根据该非限制性示例，机械附连件102包括三个塑料铆钉110、112、114。虽然提供三个铆钉110、112、114，但是在各个实施方式中，可以根据期望提供更少或更多铆钉。此外，铆钉110、112、114可以由塑料之外的材料构成，例如金属。铆钉110、114设 置靠近物理接口 100且铆钉112延伸穿过物理接口 110。铆钉110、112、114均包括轴120、头端部122和尾端部124。轴120与正引线30和母线40中形成的互补孔130接合。头端部122和尾端部124将正引线30和母线40的与接触表面50、72相对的外表面接合。为了示例性目的，头端部122与正引线30的与接触表面50相对的外表面132接合，尾端部124与母线40的与接触表面72相对的外表面134接合。为了拆卸电连接件12，铆钉110、112、114通过各种方法去除。在一种方法中，铆钉110、112、114使用钻头钻出，钻头具有的直径小于或等于孔120的直径。在另一种方法中，施加热量以熔融且从而去除铆钉110、112、114。具体地参考图4，框示了用于形成根据本发明的电连接件的示例性设备200。为了示例性目的，设备200将参考LIB 24-1、24-2和母线40之间形成的电连接件12描述。设备200包括经由各个控制信号206由控制模块204控制的振动设备202。振动设备202配置成夹紧要结合的电气部件且将超声振动局部地施加到电气部件。振动设备202包括外壳210、压机212和横向驱动系统214。外壳210配置成接收和容纳LIB 24-1、24-2，连同振动设备202的各个部件，包括压机212和横向驱动系统214。外壳210提供用于形成电连接件12的合适过程环境。在各个实施方式中，外壳210提供温度受控、湿度受控和压力受控的过程环境。压机212配置成固定LIB 24_1、24_2相对于横向驱动系统214的位置，且施加压缩力到正引线30、负引线32和母线40，用于形成电连接件12的物理接口 100。压缩力的幅值由经由控制信号206从控制模块204接收的控制值规定。压缩力的方向由附图标记216所示的箭头图示。压机212包括砧座220、222。砧座220和砧座222基于从控制模块204在控制信号206中接收的控制值分别移动进入和离开与正引线30和负引线32的接合。砧座220包括与正引线30的外表面132接合且压靠正引线30的外表面132的一个或多个接合构件224。砧座222包括与负引线32的与接触表面52相对的外表面接合且压靠负引线32的与接触表面52相对的外表面的接合构件226。横向驱动系统214配置成相对于正引线30和负引线32将局部超声振动施加到母线40。更具体地，横向驱动系统214配置成定位母线40且将母线40相对于正引线30和负引线32以横向于压缩力的一个或多个方向移动。根据该非限制性不例，横向驱动系统214配置成将母线40相对于正引线30和负引线32线性地移动。相对线性移动的方向由附图标记230所示的箭头图示。横向驱动系统214包括超声焊极(sonotrode)或焊头232、任选调压器234、压电变换器236和功率源238。焊头232包括与母线40的壁62、64接合且对抗由砧座220、222施加的压缩力的接合构件240、242。接合构件240、242与接合构件224、226协作以将超声振动集中于选择用于物理接口 100的区域。调压器234配置成基于从控制模块204在控制信号206中接收的控制值改变从变换器接收的超声振动的幅值。调压器234将改变后的超声振动传输给焊头232。在各个实施方式中，调压器234与焊头232以单个单元的形式集成。在可选实施方式中，省去调压器234。压电变换器236将从功率源238接收的交流(AC)信号250转换为传输给调压器234最终传输给母线40以及正引线30和负引线32的机械振动。功率源238以基于经由控制信号206从控制模块204接收的控制值的频率和幅值产生AC信号250。控制模块204控制压机212和横向驱动系统214的操作。更具体地，控制模块204移动砧座220、222进入和离开与正引线30和负引线32接合，且控制由砧座220、222传输的压缩力。控制模块204还控制超声振动的提供。更具体地，控制模块204指定超声振动的各个参数，包括但不限于频率、幅值、能量和持续时间。对于每个电连接件12，各个参数可以不同，且可以在设计和/或制造校验阶段期间通过试验预先确定。仅作为示例，为了使 用具有三个焊垫的工具产生将三个O. 2 mm镍涂覆铜片材与O. 9 mm镍涂覆铜板结合的40毫米(mm)宽45 mm长的焊接部,压力可以在大约40磅/平方英寸(psi)和大约60 psi之间(包括)。对于上述示例，持续时间可以在大约O. 3秒和O. 8秒之间(包括)，幅值可以在大约40μ和大约60μ之间(包括)，能量可以在600焦(J)和1400 J之间(包括)。所使用的压力、频率、能量和/或持续时间可以基于例如结合在一起的材料、接触部和连接区域的尺寸、以及接触部的几何形状变化。继续参考图4，现在将更详细描述设备200的操作。操作通过将母线40定位在焊头232上且将LIB 24-1,24-2定位在压机212内开始。在母线40和LIB 24-1,24-2定位之后，压机212将砧座220、222与正引线30和负引线32接合且施压正引线30和负引线32与母线40接合。压机212使得正引线30和负引线32与母线40接合且产生由控制模块204指定的压缩力幅值。一旦实现指定压缩力，横向驱动系统214就开始在由控制模块204指定的持续时间内振动母线40。横向驱动系统将母线40相对于正引线30和负引线32以由控制模块204指定的频率和幅值移动。振动去除和弥散在接触表面50、52、72、74上的氧化物和其它沉积物,从而暴露下面的金属。暴露金属表面的进一步振动形成正引线30和母线40之间的物理接口 100以及负引线32和母线40之间的物理接口 100。在各个实施方式中，初生金属的进一步振动引起接触表面50、72之间和/或接触表面52、74之间的磨损。在各个实施方式中，进一步振动引起初生金属的熔融，从而导致形成熔合部段。然而，熔合部段单独不足以抵抗预期分离力。在母线40的振动之后，紧固用于将正引线30和负引线32与母线40结合的机械附连件102。更具体地，铆钉110、112、114通过将铆钉110、112、114定位在孔130且铆接铆钉110、112、114而紧固。铆接增加轴120的直径且形成尾端部124。孔130可以在开始组装电连接件12之前形成(B卩，预成型)或者在组装电连接件12期间形成。图5是图示根据本发明的用于将第一接触构件302和第二接触构件304结合的另一个电连接件300的示意性截面图。电连接件300包括物理接口 306和机械附连件308。物理接口 306在分别为第一接触构件302和第二接触构件304的互补接触表面310、312之间形成。物理接口 306类似于上述物理接口 100。机械附连件308包括产生夹持力的螺栓连接件320、322，从而引起第一接触构件302和第二接触构件304中的压缩。夹持力有助于物理接口 100抵抗分离力。在各个实施方式中，螺栓连接件320、322是导电的且在第一接触构件302和第二接触构件304之间形成第二导电路径。螺栓连接件320、322设置在电连接件300的相对端部处靠近物理接口 306，如图所示。螺栓连接件320包括螺栓330、任选垫圈332、334和螺母336。螺栓330延伸穿过孔338，孔338穿过第一接触构件302和第二接触构件304形成。在各个实施方式中，孔338设置在电连接件300的一侧上靠近物理接口 100。垫圈332、334接收在螺栓330上。螺母336与螺栓330螺纹接合，且带扭矩以在螺栓330中形成张力。螺栓330中的张力形成压缩第一接触构件302和第二接触构件304的第一夹持力。螺栓连接件322包括螺栓340、任选垫圈342、344和螺母346。螺栓340延伸穿过孔348，孔348穿过第一接触构件302和第二接触构件304形成。垫圈342、344接收在螺栓340上。螺母346与螺栓340螺纹接合，且带扭矩以在螺栓340中形成张力。螺栓340中的张力形成压缩第一接触构件302和第二接触构件304的第二夹持力。
电连接件300可以拆卸和再次组装以维护由电连接件300连接的接触构件302、304和/或电气部件。例如，电连接件300可以拆卸以更换、修理、维护、检查等一个或多个部件。为了拆卸电连接件300，螺母336、346被松开且去除螺栓320、322和垫圈334、344。为了再次组装电连接件300，螺栓连接件320、322如上所述再次紧固。图6是图示根据本发明的用于将第一接触构件402和第二接触构件404结合的另一个电连接件400的示意性截面图。电连接件400包括物理接口 406和夹子408形式的机械附连件。物理接口 406在分别为第一接触构件402和第二接触构件404的互补接触表面410、412之间形成。物理接口 406类似于上述物理接口 100。夹子408以箭头422所示的方向接收在第一接触构件402和第二接触构件404上。夹子408以压配合的方式与第一接触构件402和第二接触构件404摩擦接合，且形成由箭头424所示的夹持力。夹持力有助于保持夹子408和抵抗分离力。夹子408包括相对于第一接触构件402和第二接触构件404的外表面440、442形成角度434、436的锥形壁430、432。电连接件300通过在第一接触构件402和第二接触构件404之间形成物理接口 406且随后将夹子408压到第一接触构件402和第二接触构件404上而形成。电连接件400可以拆卸和再次组装以维护由电连接件400连接的接触构件402、404和/或电气部件。例如，电连接件400可以拆卸以更换、修理、维护、检查等一个或多个部件。为了拆卸电连接件400，夹子408通过以与夹子408被接收的方向422相反的方向施加力而去除。为了再次组装电连接件，夹子408可以通过以夹子408被接收的方向422施压夹子408而紧固。图7是图示根据本发明的用于将第一接触构件502和第二接触构件504结合的另一个电连接件500的示意性截面图。电连接件500包括物理接口 506和接缝508形式的机械附连件。物理接口 506在第一接触构件502和第二接触构件504的互补接触表面510、512之间形成。物理接口 506类似于物理接口 100且可以以类似方式形成。接缝508通过将第一接触构件502的端部部分514围绕第二接触构件504的端部部分516折叠且将端部部分514与第二接触构件504的与接触表面510相对的外表面518接合而形成。接缝508在端部部分514中形成一百八十度(180° )弯曲部520。在各个实施方式中，端部部分516和外表面518之间的接触区域与物理接口 100的接触区域的全部或一部分重叠。接缝508抵抗分离力且可以展开以拆卸电连接件500且在再次形成电连接件500时再次折叠。由此，接缝508允许维护接触构件502、504和相关电气部件，用于各种目的，包括例如更换、修理、维护、检查等。接缝508可以是开口接缝或封闭接缝。如本文使用的，开口接缝通常指的是在形成接缝的弯曲部中设置有空腔或气穴的接缝。封闭接缝通常指的是形成接缝的一个或多个弯曲部没有气穴的接缝。图8是图示根据本发明的用于将第一接触构件602和第二接触构件604结合的另一个电连接件600的示意性截面图。电连接件600包括物理接口 606和双接缝608形式的机械附连件。物理接口 606在第一接触构件602和第二接触构件604的互补接触表面610、612之间形成。物理接口 606类似于物理接口 100且可以以类似方式形成。接缝608通过形成第一接触构件602中的弯曲部614、616和第二接触构件604中的弯曲部618、620且将弯曲部614、616、618、620施压以所示的交织设置接合而形成。弯曲部614、616、618、620均是一百八十度(180° )弯曲部。在各个实施方式中，弯曲部616、618在与物理接口 606的接触区域的全部或一部分重叠的接触区域中与第一接触构件的外 表面622接合。接缝608抵抗分离力且可以展开以拆卸电连接件600且在再次形成电连接件600时再次折叠。由此，接缝608允许维护接触构件602、604和相关电气部件，用于各种目的，包括例如更换、修理、维护、检查等。在各个实施方式中，接缝608在第一和第二接触构件602、604的端部处形成。在可选实施方式中，接缝608在物理接口 606和第一和第二接触构件602、604的与相关电气装置连接的端部之间形成。图9是图示根据本发明的用于在两个导电接触构件之间形成电连接件的示例性方法700的流程图。方法700可以通过一个或多个设备实施，如上述设备200。方法700可以用于在由类似或不同材料构成的接触构件之间形成电连接件。方法700可用于形成具有低接触电阻且适合于各个应用的电连接件。方法700的开始在702表示。在704，要结合的第一和第二接触构件的接触表面使用清洁方案或其它合适清洁器清洁以去除在随后步骤去除的氧化物和其它沉积物之外的任何污染物。例如，油脂和其它油性沉积物可以使用脱脂剂从接触表面去除。在各个实施方式中，可以省去704处的清洁。在706，接触表面通过将第一接触构件和第二接触构件接合而接触。在708，通过将压缩力施加到第一和第二接触构件，压力施加到接触表面。仅作为示例，为了使用具有三个焊垫的工具产生将三个O. 2 mm镍涂覆铜片材与O. 9 mm镍涂覆铜板结合的40毫米(mm)宽45 mm长的焊接部,压力可以在大约40磅/平方英寸(psi)和大约60 psi之间(包括)。在710，通过在施加压力时将超声振动施加到第一和第二接触构件一定时间段而去除接触表面上的氧化物和其它沉积物。接触表面的振动从接触表面去除和弥散沉积物。在712，接触表面之间的物理接口通过在施加压力时继续超声振动附加时间段而形成。在各个实施方式中，物理接口是冷焊件。与常规熔焊件不同，冷焊件经由吸引分子间力将接触表面物理联接，且不包括熔合部段。在各个实施方式中，物理接口可选地或者附加地包括将接触表面冶金地结合的熔合部段。相对于常规熔焊件，熔合部段在形成时提供具有较少强度且单独不足以抵抗预期分离力的电连接件。在714，机械附连件紧固到第一和第二接触构件。机械附连件提供抵抗分离力的主结构，否则将克服冷焊件的吸引力和/或在接触表面之间的物理接口处形成的熔合部段的强度。在各个实施方式中，机械附连件在物理接口处施加压力。在各个实施方式中，机械附连件定位重叠物理接口和/或靠近物理接口。机械附连件可包括铆钉、螺栓连接、夹子、折缝、或者适合于将第一和第二接触构件机械结合的其它紧固件。方法700的结束以716表
/Jn ο如上所述，本发明在两个接触构件之间提供可维护电连接件，包括通过在接触构件之间施加超声振动形成的接口和机械附连件。接口将两个接触构件物理地联接且形成主导电路径。在物理试验期间，根据本发明形成的接口实现小于百万分之二欧姆(即，〈2. 0E-6Ω )的接触电阻，且更具体地在百万分之I. 6和I. 8欧姆之间。接触电阻比接触构件的内部电阻低三个数量级。接口还需要五百牛顿(500 N)和六百牛顿(600 N)之间且更具体地在五百三十九牛顿(539 N)和五百六十七牛顿(567 N)之间的力以分离。本发明的广泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定示例，但是本发明的实际范围不应当如此限制，因为通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的。
权利要求
1.一种电连接件，包括 导电的第一接触构件，所述第一接触构件包括用于传送电流的第一接触表面； 导电的第二接触构件，所述第二接触构件包括用于传送电流的第二接触表面，其中，所述第二接触表面与所述第一接触表面直接接触； 接口，所述接口包括冷焊件和熔合部段中的一个，将第一接触构件和第二接触构件物理地结合，且在第一接触构件和第二接触构件之间形成主导电路径，其中，所述接口通过将第一接触表面相对于第二接触表面超声振动而形成；和 附连件，所述附连件与所述接口分开且将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。
2.根据权利要求I所述的电连接件，其中，所述接口包括冷焊件且没有熔合部段。
3.根据权利要求I所述的电连接件，其中，所述接口包括冷焊件和熔合部段两者。
4.根据权利要求I所述的电连接件，其中，所述附连件压缩所述接口。
5.根据权利要求I所述的电连接件，其中，所述附连件在所述接口附近的区域中将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。
6.根据权利要求I所述的电连接件，其中，所述附连件在与所述接口重叠的区域中将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。
7.根据权利要求I所述的电连接件，其中，所述附连件是与第一接触构件和第二接触构件分开的紧固件。
8.根据权利要求I所述的电连接件，其中，所述附连件包括由第一接触构件和第二接触构件形成的接缝。
9.一种形成电连接件的方法，包括 将导电的第一接触构件的第一接触表面与导电的第二接触构件的第二接触表面接合； 将压力施加到第一接触表面和第二接触表面； 将超声振动相对于第二接触表面施加到第一接触表面，以形成接口，所述接口包括冷焊件和熔合部段中的一个，将第一接触构件和第二接触构件物理地结合，且在第一接触构件和第二接触构件之间形成主导电路径；以及 将附连件紧固到第一接触构件和第二接触构件，所述附连件将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。
10.一种在蓄电池中形成电连接件的方法，包括 将导电的第一接触构件的第一接触表面与导电的第二接触构件的第二接触表面接合，其中，第一接触构件和第二接触构件中的至少一个是蓄电池引线； 将压力施加到第一接触表面和第二接触表面； 将超声振动相对于第二接触表面施加到第一接触表面，直到 在第一接触构件和第二接触构件之间形成主导电路径；以及 形成冷焊件和熔合部段中的一个，从而将第一接触构件和第二接触构件物理地结合；以及 将附连件紧固到第一接触构件和第二接触构件，所述附连件将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。
全文摘要
一种电连接件，包括导电第一接触构件、导电第二接触构件、接口和附连件。所述第一接触构件包括用于传送电流的第一接触表面。所述第二接触构件包括用于传送电流且与所述第一接触表面直接接触的第二接触表面。所述接口包括冷焊件和熔合部段中的一个，将第一接触构件和第二接触构件物理地结合，且在第一接触构件和第二接触构件之间形成主导电路径。所述接口通过将第一接触表面相对于第二接触表面超声振动而形成。所述附连件与所述接口分开且将第一接触构件和第二接触构件机械地结合。还提供一种形成电连接件的方法。
文档编号H01R24/00GK102856688SQ20121021724
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者L.C.列夫, N.康德拉特耶夫 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司