CN109075498A - 具有经冷却的接触元件的插式连接器部件 - Google Patents

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Abstract

一种用于与配对插式连接器部件(40)连接的插式连接器部件(3)，具有壳体(30)，所述壳体具有用于与所述配对插式连接器部件(40)插式连接的插接部分(300，301)，以及至少一个布置在所述插接部分(300，301)上的用于与所述配对插式连接器部件(40)的对应的配对接触元件(400)电接触的接触元件(31A，31B)，还设有连接到所述至少一个所述接触元件(31A，31B)的热管线(34A，34B)和布置在所述壳体(30)中的冷却体(35A，35B)，所述冷却体为了通过热管线(34A，34B)排放所述至少一个接触元件(31A，31B)的热量与所述至少一个接触元件(31A，31B)导热连接。这样就能提供一种具有接触元件的插式连接器部件，该接触元件可以具有较高载流能力，以便例如应用于为电动车辆充电的充电系统。

Description

具有经冷却的接触元件的插式连接器部件
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于与配对插式连接器部件连接的插式连接器部件。
背景技术
这种插式连接器部件包括壳体，该壳体具有用于与配对插式连接器部件插式连接的插接部分，以及至少一个布置在插接部分上的用于与配对插式连接器部件的对应的配对接触元件电接触的接触元件。
这种插式连接器部件主要用作用于为电驱动车辆(也称电动车辆)充电的充电插头或充电插座。在此情形下，例如一个电缆的一端连接充电站，另一端承载形式为充电插头的插式连接器部件，该充电插头可以插入车辆上的形式为充电插座的对应的配对插式连接器部件，以便在充电站与车辆之间建立电连接。
充电电流原则上可以作为直流电流或交流电流而被传输，其中特别是以直流电流形式的充电电流具有较大电流强度，例如大于200A或甚至大于300A或甚至是350A，并且可能导致电缆以及与电缆连接的插式连接器部件的升温。
一种由DE 10 2010 007 975 B4所公开的充电电缆具有冷却管线，该冷却管线包括冷却剂的供应管线和返回管线，以使得冷却剂能够在充电电缆中来回流动。DE 10 2010007 975 B4的冷却管线一方面用于排出车辆的能量存储器上产生的热损耗，还用于冷却电缆本身。
在用于为电动车辆充电的充电系统中，不仅在例如用来将充电插头与充电站相连的电缆上，而且在充电插头上，特别是在充电插头内的(例如)接触元件上会产生热量，该接触元件用来在当充电插头插入充电插座时，与对应的配对接触元件，例如是车辆的充电插座侧上的配对接触元件，建立电接触。这类接触元件由导电金属材料(如铜材料)制成，这类接触元件会在充电电流流过其时升温，其中这些接触元件的尺寸原则上应根据待传输的充电电流确定，使得接触元件具有足够的载流能力并且升温状况限制在接触元件上。在这种情况下，需要传输的充电电流越大，接触元件的尺寸也需要越大。
但由于相关的空间需求、重量和成本所限，随着充电电流的增大，接触元件尺寸的扩展程度有限。因此，需要利用相对小尺寸的接触元件来传输较大的充电电流。
在WO 2015/119791 A1中公开的一种用于为电动车辆充电的充电系统中，在充电电缆内布置有冷却剂管线，其用来排出与充电电缆连接的插式连接器部件的区域上的热量。
在US 5,909,099中公开的一种充电系统中，通过布置在插式连接器部件中的芯部来变换式传输充电电流。在该芯部中可以延伸有用于散热的热管线。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有接触元件的插式连接器部件，所述接触元件可以具有较高载流能力，以便例如应用于为电动车辆充电的充电系统。
本发明用以达成上述目的的解决方案为具有权利要求1的特征的主题。
根据本发明，所述插式连接器部件包括连接到所述至少一个所述接触元件的热管线和布置在所述壳体中的冷却体，所述冷却体为了通过热管线排放所述至少一个接触元件的热量与所述至少一个接触元件导热连接。
根据本发明，为在插式连接器部件中进行冷却而设有冷却体，该插式连接器部件例如构建为用于为电动车辆充电的充电系统中的充电插头或充电插座，所述冷却体通过热管线与相对应的接触元件连接并且用来为相对应的接触元件散热。因此，所述接触元件用作为热源，而所述冷却体用作散热器。所述冷却体通过热管线(英语“heatpipe”)与相对应的接触元件连接，这样就能将冷却体与插式连接器部件的壳体内的对应的接触元件空间分离，从而将其放置在壳体内的有可用空间的位置。
所述插式连接器部分例如可以具有多个布置在所述插接部分上的接触元件。例如需要传输直流电流时，可以布置两个接触元件，这两个接触元件伸入插接部分并且每个接触元件可以与相对应的配对插式连接器部件的相对应的配对接触元件接合。每个接触元件对应一个冷却体，该冷却体与相对应的接触元件通过(单独的)热管线连接，使得在不同接触元件上产生的热量可以通过单独的热管线和与热管线连接的冷却体被排出。特别有利的是，热管线和冷却体由一种良好的导热金属材料制成，以确保接触元件之间的电绝缘并且不受冷却体的布置影响。为各个接触元件提供单独的热管线和冷却体，如此，这些接触元件彼此不导电连接，使得即使在热管线和冷却体由导电金属材料制成的情况下，也不会在不同的接触元件之间形成电接触。
所述热管线例如可以具有在接触元件和相对应的冷却体之间延伸的实心金属线或杆的形式。在一个特别优选的实施例中，热管线也可以设计为所谓的热管，其可以使用热管或两相热虹吸管的形式。这种热管可以具有一个非常低的热阻以及一个高的导热率。
热管例如可以包含一个密封的容积并且优选地构造成管状的。该热管的容积内填充有工作介质，例如是水或氨，其以部分液态且部分蒸汽状态填充在容积中。这种热管的工作原理如下：工作介质在热量进入时开始蒸发。由此，蒸汽空间中的压力在液面上方局部增加，这导致热管内存在较小的压力下降。由此而产生的蒸汽流到一个较低温度点上并在那里冷凝，因此在这个点上温度通过释放的冷凝热而上升，并且先前获取到的潜热被释放到环境中。现在的液态工作介质通过重力(热虹吸管)或毛细管力(热管)返回到热量被引入的点上。根据两相热虹吸器结构所设计的热管中，介质由于重力而循环，传热介质根据芯原理(通过毛细作用力)在热管中流动，使得热管不依赖于位置。
有利的是，与接触元件对应的热管线通过第一末端与接触元件如此连接，使得热量可以通过接触元件的热管线以有利的方式排出。热管线可以固定地，例如材料结合地，与接触元件连接。还可以提供一个(附加的)连接件，该连接件由一种导热性能良好的材料，例如一种金属材料制成并且连接到接触元件。在这种情况下，热管线可以插入在例如，连接件的一个开口中并且可选地附加焊接，使得热管线通过连接件连接到接触元件上。
而通过背离第一末端的第二末端，热管线可以例如插入到冷却体的开口中。因此，热管线与冷却体如此形状配合地连接，使得热量可以通过热管线引入到冷却体上。
所述冷却体例如由固态金属材料构成，因而构造为固体并且具有相对大的热容量。
所述冷却体的开口可以例如构建为供所述热管线插入的盲孔。通过与冷却体的插式连接，热管线被牢固的保持在冷却体上，其中热管线可以另外焊接到冷却体上。
可以经由冷却体提供纯粹被动的冷却，具体方式在于：吸收冷却体上的热量并通过冷却体来辐射式散热。然而，在一个有利的实施例中，可以通过冷却剂环流或冷却剂流过的冷却体来对冷却体进行主动冷却。这样就通过冷却剂，例如气态流体，如空气，或者冷却剂液体，如水，将热量从冷却体上排出，以便在冷却体上提供一种有效的冷却方式，由此实现从插式连接器部件的接触元件上有利的热传输。
所述冷却体例如可以具有流体通道，该流体通道纵向地穿过冷却体并且可供冷却剂流过，使得热量可以被吸收并从冷却体上被排出。为此，用于供应冷却剂的第一冷却剂管线和用于在流过冷却体后将冷却剂排出的第二冷却剂管线(直接或间接地)与冷却体连接，从而提供用来为冷却体散热的冷却剂流。
在一个具体实施例中，所述冷却体还可具有两个或甚至更多个流体通道，冷却剂可通过这些流体通道流动。流体通道可以例如穿过(实心)冷却体彼此平行地延伸，使得冷却剂可以以不同途径纵向地穿过冷却体，从而在冷却体上吸收热量。
在一个实施方式中，所述冷却体的两个流体通道经由一个偏转管线彼此流体连接。由此可以将冷却剂引入第一流体通道，使得冷却剂沿着第一流体通道流动，经由偏转管线传导到第二流体通道并且经由第二流体通道流回冷却体。因此，流体通道彼此串联连接，并实现流体沿正向和反向流过冷却体。
设有分配给不同接触元件的多个冷却体时，则可以以串联或并联的方式引导冷却剂通过冷却体。为此，冷却体的流体通道可以以串联方式或以并联方式彼此流体连接，使得冷却剂可以经由冷却剂管线被传导到冷却体并且可以经由第二冷却剂管线从冷却体转移。
在一个实施例中，不同冷却体的流体通道彼此串联流体连接。为此，第一接触元件对应的第一冷却体的流体通道可以经由偏转管线与第二接触元件相对应的第二冷却体的流体通道连接。由此例如可以将冷却剂引入第一冷却体的流体通道中，使得流体沿着第一冷却体的流体通道流动，经由偏转管线传导到第二冷却体的流体通道中，然后流过第二冷却体的流体通道。为此，冷却体的流体通道连接到一个串联的冷却剂回路中。
在与插式连接器部件连接的电缆中，例如可以引导两个冷却剂管线，其用于供应和排出冷却剂，从而在插式连接器部件上提供一个冷却剂回路。如果多个冷却体的流体通道彼此串联连接，则用于供应冷却剂的第一冷却剂管线例如可以与第一冷却体连接，而用于排出冷却剂的第二冷却剂管线可以例如与第二冷却体连接，其中第一冷却体和第二冷却体的流体通道彼此串联的流体连接，使得供应的冷却剂通过第一冷却体的一个或多个流体通道到达第二冷却体的一个或多个流体通道中，并最终通过第二冷却剂管线被排出。
设有多个分配给多个接触元件的冷却体时，在一个实施例中，这些冷却体可以通过由非导电材料，例如塑料制成的连接元件彼此连接，并且保持在相对于彼此的位置上。有利的是，通过所述连接元件，所述冷却体彼此保持一定距离，使得冷却体不会彼此接触并且特别是彼此不电接触。在冷却体由金属导电材料制成的情况下，就能确保插式连接器部件的各个接触元件间的电绝缘不会受损。此外还能防止从一个冷却体到另一冷却体的直接热传递。
附图说明
下面结合附图所示实施例对本发明的基本理念进行详细说明。
图中：
图1为充电站的视图，其上布置有电缆；
图2为充电插头形式的插式连接器部件的视图；
图3为该插式连接器部件的另一透视图；
图4为该插式连接器部件的局部剖视图；
图5A为组件的单独视图，该组件包括插式连接器部件的两个接触元件和用于冷却接触元件的冷却装置；
图5B为图5A所示组件的另一视图；
图6A为该冷却装置的单独视图；
图6B为该冷却装置的另一视图；
图7为该冷却装置的分解视图；以及
图8为冷却装置的冷却体的剖视图。
具体实施方式
图1示出了一个充电站1，其用于为电驱动车辆4(也称为电动车辆)充电。充电站1设计成提供交流电流或直流电流形式的充电电流，并且具有电缆2，该电缆以末端201与充电站1连接，以另一末端200与充电插头形式的插式连接器部件3连接。
从图2的放大视图可以看出，插式连接器部件3在壳体30上具有插接部分300、301，利用该插接部分插式连接器部件3可以与车辆4上充电插座形式的相对应的配对插式连接器部件40相接合。这样就能将充电站1电连接到车辆4，以便将充电电流从充电站1传输到车辆4上。
为了例如在所谓的快速充电过程中确保电动车辆4的快速充电，所传输的充电电流具有较大的电流强度，例如大于200A，甚至大约350A或更高。由于这种大充电电流，在电缆2和插式连接器部件3上以及在充电插座40上会出现热损耗，从而导致电缆2、插式连接器部件3和充电插座40的升温。
插式连接器部件3在其插接部分300、301上具有多个接触元件。例如在插接部分301上可以布置有用于传输直流电流形式的充电电流的两个接触元件，而在插接部分300上例如设有用于提供五个负载触点的五个接触元件，以便传输(例如多相的)交流电流。
在插式连接器部件的图3所示具体实施例中，在两个插入栓302内的下插接部分301上布置有用于以直流电流的形式传输充电电流的接触元件31A、31B。而在另一上插接部分300上，在插入栓303中布置有用于传输交流电流的接触元件32。因此，插式连接器部件3构建为所谓的组合插头，其可选地可以用于传输直流电流或交流电流。
如图3示意性所示，插式连接器部件3在插接部分301上的接触元件31A、31B可以在插接方向E上与充电插座40侧上的接触销形式的配对接触元件400插式连接，以便接触元件31A、31B与配对接触元件400电接触。
在电缆2中负载线20、21被引导，其用于将负载电流传输到插式连接器部件3上。每个接触元件31A、31B都与一个负载线20连接。另一负载线21用于为另一上插接部分300上的接触元件33输电。
为了在图3所示插式连接器部件3的实施例中，实现在下插接部分301上的接触元件31A、31B上的冷却，根据图4的局部剖视图以及根据图5A、5B至图8的视图可以看出的是，设有冷却体35A、35B，其通过热管线34A、34B与接触元件31A、31B连接。在接触元件31A、31B上的热量可以通过热管线34A、34B被吸收并且被引导到冷却体35A、35B上，以便以这种方式为接触元件31A、31B散热。
根据图5A和5B的视图可以看出，与每个接触元件31A、31B对应一个冷却体35A、35B。每个接触元件31A、31B具有一个由弹性叠片形成的插座部分310，在该插座部分连接有一个轴311。连接件33A、33B布置在该轴311上，其中圆柱形轴311穿过连接件33A、33B上的开口330。分别对应于接触元件31A、31B的热管线34A、34B以末端340插入到连接件33A、33B的开口331中并且从接触元件31A、31B延伸到相对应的冷却体35A、35B上，其中热管线34A、34B以远离末端340的末端341插入该冷却体。
接触元件31A、31B由金属，例如铜材料制成。为了实现从接触元件31A、31B的良好热传递，有利的是，连接件33A、33B，热管线34A、34B和冷却体35A、35B也由金属，特别是导热性良好的金属制成。连接件33A、33B，热管线34A、34B和冷却体35A、35B在此设计为实心的金属部件，使得特别是冷却体35A、35B具有相对较大的热容量。
每个接触元件31A、31B对应有专门的冷却体35A、35B。各个冷却体35A、35B通过由电绝缘材料，例如塑料制成的连接元件350保持相对于彼此的位置，使得冷却体35A、35B彼此不接触。由于各个接触元件31A、31B的冷却体35A、35B在空间上彼此分离，因此确保了接触元件31A、31B之间的电绝缘不会受到连接到接触元件31A、31B的冷却体35A、35B的影响。
热管线34A、34B以其末端341插入在冷却体35A、35B上的盲孔形式的开口351中，并且以这种方式牢固地与相对应的冷却体35A、35B连接。在这种情况下的连接使得热量可以以有利的方式从热管线34A、34B传递到冷却体35A、35B上。
连接件33A、33B固定地，例如形状配合地、力配合地(通过压缩)或材料配合地(例如通过焊接)，与相对应的接触元件31A、31B的轴311连接。同样，热管线34A、34B可以固定地，例如材料配合地(例如通过焊接)，一方面与相对应的连接件33A、33B连接，另一方面与相对应的冷却体35A、35B连接。
在所示的实施例中，如图4所示布置在壳体30内的冷却体35A、35B被主动冷却。为此，冷却体35A、35B，特别是如图7和图8所示，每个都具有两个纵向延伸的，相互平行的流体通道352、353，通过该(气态或液态)冷却剂流过该流体通道352、353以吸收在冷却体35A、35B上的热量，并利用冷却体35A、35B散热。
不同冷却体35A、35B的流体通道352、353可以以串联或并联方式相互连接，以提供一个用于冷却的冷却回路。还可以将每个冷却体35A、35B与其自身的冷却剂回路连接。为此，冷却剂管线38、39可以与冷却体35A、35B连接，使得通过冷却剂管线38，冷却剂可以在流动方向F1被供给并且可以经由不同的冷却剂管线39再次在流动方向F2上被导出。
在所示实施例中，冷却体35A、35B的流体通道352、353彼此串联地流体连接，使得供应的冷却剂以串联方式流过冷却体35A、35B的流体通道352、353。
因此，在所示实施例中，每个冷却体35A、35B的流体通道352、353经由偏转管线36A、36B彼此流体连接，使得引入流体通道353的冷却剂经由偏转管线36A、36B被偏转并且流回另一流体通道352。流体通道352、353布置在开口351的两侧，相对应的热管线34A、34B插入其中，使得流体通道352、353两侧的热量可以通过热管34A、34B被吸收和被排出。
另外，一个冷却体35A的流体通道352和另一冷却体35B的流体通道352经由偏转管线37彼此流体连接，使得来自冷却体35A的流体通道352的冷却剂可以经由偏转管线37流入另一冷却体35B的流体通道352。
为了完成冷却剂回路，第一冷却剂管线38与冷却体35A的流体通道353连接并且用于例如供应冷却剂。而另一第二冷却剂管线39与另一冷却体35B的流体通道353连接并用于排出冷却剂。因此，冷却剂可以通过冷却剂管线38供应并流入冷却体35A的流体通道353。通过偏转管线36A冷却剂被引导到冷却体35A的流体通道352中并且从那里经由偏转管线37进入冷却体35B的流体通道352，冷却剂经由冷却体35B的流体通道352和偏转管线36B在流动方向F上(参见图8)流入冷却体35B的流体通道353中并且经由冷却剂管线39排出。因此，冷却体35A、35B的流体通道352、353串联地流过，使得在冷却体35A、35B上的热量可以被吸收和被排出。
冷却剂管线38、39布置在电缆2中并且由电缆2的电缆软管包围。冷却剂管路38、39以这种方式被引导到充电站1上并且在充电站1侧例如与冷却剂泵连接，以实现通过冷却剂管线38、39的冷却剂流。
本发明的基本理念不限于上述实施例，而是可以以完全不同的方式实现。
所述插式连接器部件的所有接触元件原则上均可以以上述方式进行冷却。但也可以仅冷却个别接触元件。
所述插式连接器部件可以具有一个或多个冷却体，特别是多于两个冷却体。在这种情况下，冷却不仅可以在用于传输直流电流的接触元件上进行，而且可以在用于传输交流电流的接触元件上进行。
附图标记说明
1 充电站
2 充电线
20，21 负载线
22 信号线
200，201 末端
3 充电插头
30 壳体
300，301 插接部分
302，303 插入栓
31A，31B 接触元件
310 插座部分
311 轴
32 接触元件
33A，33B 连接件
330，331 开口
34A，34B 热管线
340，341 末端
35A，35B 冷却体
350 连接元件
351 开口(盲孔)
352，353 流体通道
36A，36B 偏转管线
37 偏转管线
38，39 冷却剂管线
4 车辆
40 充电插座
400 配对接触元件
E 插接方向
F，F1，F2 流动方向

Claims (10)

1.一种用于与配对插式连接器部件(40)连接的插式连接器部件(3)，具有
壳体(30)，所述壳体具有用于与所述配对插式连接器部件(40)插式连接的插接部分(300，301)，
以及至少一个布置在所述插接部分(300，301)上的用于与所述配对插式连接器部件(40)的对应的配对接触元件(400)电接触的接触元件(31A，31B)，
其特征在于
连接到所述至少一个所述接触元件(31A，31B)的热管线(34A，34B)和
布置在所述壳体(30)中的冷却体(35A，35B)，所述冷却体为了通过热管线(34A，34B)排放所述至少一个接触元件(31A，31B)的热量与所述至少一个接触元件(31A，31B)导热连接。
2.根据权利要求1所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，所述插式连接器部件(3)具有多个布置在所述插接部分(300，301)上的接触元件(31A，31B)，其中每个接触元件(31A，31B)对应一个冷却体(35A，35B)，所述冷却体通过热管线(34A，34B)与相对应的所述接触元件(31A，31B)导热连接。
3.根据权利要求1或2所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，所述热管线(34A，34B)和/或所述冷却体(35A，35B)由金属制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，所述热管线(34A，34B)借助第一末端(340)插入金属连接件(33A，33B)的开口(331)中，并且通过所述连接件(33A，33B)与相对应的所述接触元件(31A，31B)连接。
5.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，所述热管线(34A，34B)借助第二末端(340)插入所述冷却体(35A，35B)的开口(351)中。
6.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，所述冷却体(35A，35B)具有冷却剂可以流过的流体通道(352，353)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，所述冷却体(35A，35B)具有两个流体通道(352，353)，所述两个流体通道经由与所述冷却体(35A，35B)连接的偏转管线(36A，36B)相互流体连接。
8.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，与第一接触元件(31A)相对应的第一冷却体(35A)的一个流体通道(352)经由一个偏转管线(37)与与第二接触元件(31B)相对应的第二冷却体(35B)的一个流体通道(352)连接。
9.根据权利要求8所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，在与所述插式连接器部件(3)连接的电缆(2)中被引导的用于供应冷却剂的第一冷却剂管线(38)与所述第一冷却体(35A)连接，在所述电缆(2)中被引导的用于将所述冷却剂排出的第二冷却剂管线(39)与所述第二冷却体(35B)连接。
10.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(3)，其特征在于，多个冷却体(35A，35B)经由连接元件(350)彼此连接并且通过所述连接元件(350)互相保持距离，使得所述冷却体(35A，35B)之间不互相接触。
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