CN112153804B - 印刷电路板和测量电源连接器的温度的方法 - Google Patents

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Abstract

印刷电路板和测量电源连接器的温度的方法。一种印刷电路板，该印刷电路板容纳在连接器中。在该印刷电路板上，在位于该印刷电路板的一个面上的两个连接焊盘(20)之间安装有温度传感器(19)。在该连接器中容纳的触头(10)是以与两个导热区热连续的方式布置的，这两个导热区中的一个导热区设置在该印刷电路板的与连接焊盘(20)相同的面上，而这两个导热区中的另一导热区设置在温度传感器(19)的下方。所述连接焊盘(20)中的各个连接焊盘连接至温度测量电路。

Description

印刷电路板和测量电源连接器的温度的方法
技术领域
本发明涉及机动车辆的连接器领域。特别地但非排它地，本发明涉及用于向电动车辆或可充电(“插入式”)混合动力车辆进行充电的连接器领域。
背景技术
在机动车辆中，特别是是在电动车辆或可充电混合动力车辆中，使用电缆来对车辆的电池进行充电。因此，如图1示意性地示出的，电动车辆或可充电混合动力车辆100可以包括连接器插座200，可以将充电插头300连接至该连接器插座，从而由电动车辆供电设备400经由电缆500进行供电。然后，该充电插头300允许对安装在车辆100中的一个或更多个电池进行充电。
本发明特别涉及诸如连接器插座200或公电源连接器的连接器。然而，本发明还可以潜在地用于充电插头300或母电源连接器。
无论是公电源连接器还是母电源连接器，电源连接器包括：壳体；以及电连接至电线的电触头或者形成电源电路的导电金属条(母线(busbar))。在本文档中，“触头(contact)”既指公触头或电气端子(插针或插头)，也指母触头或电气端子(线夹)。
在一些电源电路中，可能使用125安培、200安培甚或500安培的直流电流。这例如在与另一触头接触的区域的部位处和/或在将触头压接到线缆上的区域的部位处产生触头发热的风险。因此，希望能够对电源触头的温度进行测量和监测，以便在触头的发热变得太严重的情况下，降低流过这些电触头的电流的安培数，甚或通过断开电路来停止电流。
一个困难在于准确且可靠地对触头的温度进行测量，并且同时保持触头与任何其它电路的良好隔离。
发明内容
下面提出了对该问题的至少部分解决方案。
因此，提出了一种用于电源连接器的印刷电路板。这种印刷电路板包括：板形式的介电支承体，所述介电支承体具有两个主面以及介于这两个主面之间的边缘面。至少第一金属层和第二金属层刚性地连接至所述介电支承体并且平行于所述介电支承体的主面延展。另外，在所述第一金属层和第二金属层中的各个金属层中形成导热区。所述第一金属层和第二金属层各自的导热区在所述介电支承体的边缘面的一区域的部位处彼此电连接。该区域形成了与容纳在所述连接器中的电触头的外周表面热接触(并且通常还电接触)的区域。另外，所述印刷电路板包括温度传感器，所述温度传感器安装在所述介电支承体的主面中的一个主面上，该主面部分地被所述第一金属层覆盖，并且这个温度传感器隔着所述印刷电路板的厚度面对形成在所述第二金属层中的导热区。
因此，依靠这些排布结构，具有了传感器，可以沿着至少两个导热路径将热传送至该传感器，这两个导热路径中的一个导热路径越过印刷电路板的安装有该传感器的表面，而这两个路径中的另一导热路径从下方到达该传感器。通过使触头的温度与印刷电路板在所述传感器的部位处的温度之间的差异最小化，这种排布结构可以显著提高触头温度的测量准确度。下面呈现的其它排布结构可以使这种准确度进一步提高。
这种印刷电路板可选地包括以下特征中的一个特征和/或另一特征，其中，各个特征彼此独立地考虑或者与一个或更多个其它特征组合考虑：
所述第一金属层的导热区包括缺口，并且所述温度传感器安装在这个缺口中；
所述第一金属层的导热区中的缺口具有两个边缘，各个边缘分别位于所述缺口的任一侧，并且所述传感器安装在两个连接焊盘之间，各个连接焊盘分别面对这两个边缘中的一个边缘定位；
所述传感器连接至位于所述印刷电路板的主面中的一个主面上的至少一个连接焊盘，所述连接焊盘穿过所述介电支承体的厚度连接至形成在所述第二金属层中的连接区，该连接区与所述第一金属层的导热区和第二金属层的导热区电隔离，并且至少部分地被所述第一金属层的导热区覆盖；
所述第二金属层设置在所述介电支承体的厚度中；
所述印刷电路板还包括第三金属层，所述第三金属层相对于所述第一金属层设置在所述介电支承体的另一主面上，在该第三金属层中形成有导热区，并且该导热区电连接至分别形成在所述第一金属层和第二金属层中的导热区；
所述印刷电路板还包括第四金属层，所述第四金属层设置在所述介电支承体的厚度中，在该第四金属层中形成有导热区，并且该导热区至少电连接至分别形成在所述第一金属层和第二金属层中的导热区；
所述印刷电路板包括两个测量部分，所述两个测量部分彼此电隔离，各个测量部分包括位于所述介电支承体的边缘面上的一区域，形成在所述第一金属层和第二金属层中的导热区在该区域的部位处连接起来；以及
所述印刷电路板在所述两个测量部分之间包括柔性部分，所述柔性部分适于适应所述两个测量部分中的一个测量部分相对于另一测量部分的、平行于所述介电支承体的主面的平面的移动。
根据另一方面，提出了一种电源连接器，所述电源连接器包括：具有外周表面的至少一个电触头；以及至少一个如上面呈现的印刷电路板，所述电触头的外周表面与所述介电支承体的边缘面上的一区域发生接触，即，形成在所述第一金属层和所述第二金属层中的导热区在该区域的部位处连接起来。
根据又一方面，提出了一种测量电源连接器中容纳的触头的温度的方法。根据该方法，
将印刷电路板布置在所述连接器中，在所述印刷电路板上，在定位在所述印刷电路板的一表面上的两个连接焊盘之间安装有温度传感器；
所述连接焊盘中的各个连接焊盘连接至温度测量电路；以及
所述触头按照与两个导热区热连续的方式布置，这两个导热区中的一个导热区设置在所述印刷电路板的与所述连接焊盘相同的面上，而这两个导热区中的另一导热区设置在所述温度传感器的下方。
附图说明
通过阅读下面的详细描述并且参照作为非限制性示例给出的附图，本发明的进一步特征、目的以及优点将变得显而易见，并且其中：
图1示意性地示出了使用充电插头进行供电的电动车辆或可充电混合动力车辆；
图2按截面方式示意性地示出了印刷电路板的一个实施方式示例；
图3按立体方式示意性地示出了印刷电路板的一个实施方式示例；
图4按立体方式示意性地示出了印刷电路板的另一实施方式示例；
图5按立体方式示意性地示出了图3所示印刷电路板的一部分；
图6按立体并且局部透明的方式示意性地示出了图5所示印刷电路板的所述部分；以及
图7按立体并且局部透明的方式示意性地示出了图5和图6所示印刷电路板的所述部分。
具体实施方式
在附图中，相同的标号指示相同或相似的要素。
下面，参照图2，对印刷电路板的第一实施方式示例进行描述。
根据该示例，印刷电路板1是多层电路板，该多层电路板具有：介电支承体2或基板；以及由介电支承体2的绝缘材料隔开的四个导电金属层3、4、5、6。介电支承体2例如是以已知的方式由利用玻璃纤维进行了加强或者未进行加强的环氧树脂构成的。导电金属层3、4、5、6例如是由铜片或铜合金片构成的。导电金属层3、4、5、6例如具有35微米的厚度，并且这些导电金属层之间的夹层为250微米的介电材料层。印刷电路板1包括两个外导电金属层3、6以及两个内导电金属层4、5。外导电金属层3、6在它们所位于的介电支承体2的主面7上与所述主面平行地延展。内导电金属层4、5在它们被插入的介电支承体2中与介电支承体2的主面7平行地延展。
凹口8是贯穿印刷电路板1、所有导电金属层3、4、5、6以及介电材料的整个厚度形成的。这个凹口8适于插入形成在触头10的外周表面11中的凹槽9中。凹口8采取“U”形，该凹口具有半圆形的底部和两个相互平行的引导边缘12，所述引导边缘对应于U形的臂(还参见图6和图7)。这个凹口8包括边缘面13。这个边缘面13至少部分地被导电材料层14覆盖，例如被借助于化学和电解工艺淀积的20微米的铜所覆盖。淀积在边缘面13上的导电材料层一直围绕凹口8的一部分延伸，该部分旨在经由分别形成在外导电金属层3、6中的外导热区15、16与触头发生接触。因此，外导热区15、16与边缘面13具有电和热连续性。类似地，分别形成在内导电金属层4、5中的内导热区17、18与边缘面13具有电和热连续性。因此，外导热区15、16以及内导热区17、18与容纳在凹口8中的触头10具有电和热连续性。内导热区17、18至少部分地在淀积在介电支承体2的主表面7中的一个主面上的温度传感器19下方延伸。外导热区15、16延伸，直到所述外导热区接近传感器19所连接至的连接焊盘20为止。例如，大约2毫米的距离将外导热区15、16与连接焊盘20分隔开。
在内金属层4、5中还形成有连接区21。这些连接区21适于在传感器19所连接至的连接焊盘20与测量电路(未示出)之间形成电连接。形成在外导电层3、6中的连接焊盘20借助于通孔22电连接至形成在内导电层4、5中的连接区21。
因此，传感器19连接在位于印刷电路板1的主面7中的一个主面上的两个连接焊盘20之间。这些连接焊盘20穿过介电支承体2的厚度连接至形成在内导电金属层4、5中的连接区21。这些连接区21与外导电金属层3、6的导热区电隔离，并且至少部分地被外导热区15、16所覆盖。
因此，在触头10的部位处生成的热可以沿着至少两种有利的传导路径类型传送至传感器19：在外导热区15、16的水平面处的第一导热路径23；以及在内导热区17、18的水平面处的第二导热路径24。
如上所述的电路可以用于测量单个触头10(参见图3)或多个触头10a、10b(举例来说，如图4所示的两个触头10a、10b)的温度。
当如上面描述的印刷电路板1用于测量多个触头10a、10b的温度时，每触头上安装至少一个传感器19是有利的。换句话说，在这种情况下，印刷电路板1包括彼此电隔离的至少两个测量部分25。这些测量部分25中的各个测量部分包括介电支承体2的边缘面13上的一区域，在该区域的部位处连接了形成在内导电金属层4、5中的导热区17、18和形成在外导电金属层3、6中的导热区15、16。各个区域适于与触头10发生接触。
另外，这个印刷电路板1于是可以在两个测量部分25之间包括柔性部分26，该柔性部分适于适应测量部分25中的一个测量部分相对于另一测量部分的、平行于介电支承体2的主面7的平面的移动。这个柔性部分26例如是借助于曲折形或者“S”形或者“U”形来形成的，其中“U”的各个臂与倒置的另一“U”共用并且连接至测量部分25中的一个测量部分。
图5至图7更详细地示出了可以赋予不同的连接区21和导热区15、16、17、18的形状的示例。
例如，以正方形或矩形形状刻出外导热区15、16。这个形状的一条边通向凹口8。此外，这个形状的一个角部包括缺口(indent)27。这个缺口27包括彼此大致平行的两个边缘28，并且各个边缘分别位于缺口27的任一侧。两个连接焊盘20中的各个连接焊盘分别面对这些边缘28中的一个边缘定位。缺口27的底部29由呈圆弧形状的导电金属带形成，该导电金属带例如从凹口8起延伸超过3毫米的宽度。传感器19例如是以2毫米的距离面对该导电金属带布置的。
两个细长形状的连接焊盘20从缺口27的外侧延伸到内侧。这些连接焊盘20各自具有连接至传感器19的一个端部以及借助于两个通孔22连接至内连接区21并连接至另一外金属层6的另一端部。内连接区21主要位于外导热区15、16下方/外导热区15、16的区域之间，并且平行于外导热区15、16的正方形或矩形形状的两个边缘延展直至导电通孔22，所述导电通孔通向介电支承体2的主面，以便将所述内连接区电连接至测量电路。
内导热区17、18主要以条带的形式在缺口27下方、在凹口8与三个导电通孔22之间延展，这三个导电通孔位于触头10的与凹口8相对的另一侧。因此，这个条带在传感器19下方延展。所述三个通孔22将两个内导热区17、18连接在一起。

Claims (11)

1.一种用于电源连接器的印刷电路板，该印刷电路板(1)包括：
板形式的介电支承体(2)，所述介电支承体具有两个主面(7)以及介于两个主面(7)之间的边缘面(13)；
第一金属层(3)和第二金属层(4)，所述第一金属层和所述第二金属层刚性地连接至所述介电支承体(2)并且平行于所述介电支承体的所述主面(7)延展，
其中，在所述第一金属层(3)中形成有导热区(15或16)并且在所述第二金属层(4)中形成有导热区(17或18)，所述第一金属层(3)的导热区(15或16)和所述第二金属层(4)的导热区(17或18)在所述介电支承体(2)的所述边缘面(13)的一区域的部位处彼此电连接，并且其中，所述第二金属层(4)设置在所述介电支承体(2)的厚度中，
所述印刷电路板包括温度传感器(19)，所述温度传感器安装在所述介电支承体的所述主面(7)中的一个主面上，安装有所述温度传感器的主面(7)部分地被所述第一金属层(3)覆盖，所述温度传感器(19)隔着所述印刷电路板(1)的厚度面对形成在所述第二金属层(4)中的导热区(17)，所述温度传感器(19)连接至位于所述印刷电路板(1)的所述主面(7)中的一个主面上的至少一个连接焊盘(20)，
其特征在于，所述连接焊盘(20)穿过所述介电支承体(2)的厚度连接至连接区(21)，该连接区将所述连接焊盘(20)电连接至测量电路，该连接区(21)形成在所述第二金属层(4)中，与所述第一金属层(3)的导热区(15)和所述第二金属层(4)的导热区(17)电隔离，并且至少部分地被所述第一金属层(3)的导热区(15)覆盖。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述连接区(21)延伸直至至少一个导电通孔(22)，所述导电通孔通向所述介电支承体(2)的所述主面。
3.根据权利要求1或2所述的印刷电路板，其中，所述第一金属层(3)的导热区(15)包括缺口(27)，并且所述温度传感器(19)安装在所述缺口(27)中。
4.根据权利要求3所述的印刷电路板，其中，所述缺口(27)具有两个边缘(28)，各个边缘分别位于所述缺口(27)的任一侧，并且所述温度传感器(19)安装在两个连接焊盘(20)之间，各个连接焊盘分别面对所述两个边缘(28)中的一个边缘定位。
5.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述印刷电路板还包括第三金属层(6)，所述第三金属层相对于所述第一金属层(3)设置在所述介电支承体(2)的另一主面上，在所述第三金属层(6)中形成有导热区(16)，并且在所述第三金属层(6)中形成的导热区(16)电连接至分别形成在所述第一金属层(3)中的导热区(15)和所述第二金属层(4)中的导热区(17)。
6.根据权利要求1或5所述的印刷电路板，其中，所述印刷电路板还包括第四金属层(5)，所述第四金属层设置在所述介电支承体(2)的厚度中，在所述第四金属层(5)中形成有导热区(18)，并且形成在所述第四金属层(5)中的导热区(18)至少电连接至形成在所述第一金属层(3)中的导热区(15)和所述第二金属层(4)中的导热区(17)。
7.根据权利要求6所述的印刷电路板，其中，所述第二金属层(4)的导热区(17)和所述第四金属层(5)的导热区(18)在所述温度传感器(19)的下方与所述温度传感器(19)相对地延展，直至至少一个导电通孔(22)为止，所述至少一个导电通孔(22)位于为了触头(10)的插入而在所述电路板中制出的凹口(8)的另一侧。
8.根据权利要求1所述的印刷电路板，所述印刷电路板包括彼此电隔离的至少两个测量部分(25)，各个测量部分包括位于所述介电支承体(2)的所述边缘面(13)上的一区域，形成在所述第一金属层(3)中的导热区(15)和形成在所述第二金属层(4)中的导热区(17)在该区域的部位处连接起来。
9.根据权利要求8所述的印刷电路板，所述印刷电路板在所述两个测量部分(25)之间包括柔性部分(26)，所述柔性部分适于适应所述测量部分(25)中的一个测量部分相对于另一测量部分的、平行于所述介电支承体(2)的所述主面(7)的平面的移动。
10.一种电源连接器，所述电源连接器包括：具有外周表面(11)的至少一个电触头(10)；以及至少一个根据前述权利要求中任一项所述的印刷电路板(1)，所述电触头(10)的所述外周表面(11)与所述介电支承体(2)的所述边缘面(13)上的一区域发生接触，形成在所述第一金属层(3)中的导热区(15)和形成在所述第二金属层(4)中的导热区(17)在该区域的部位处连接起来。
11.一种测量电源连接器中容纳的触头(10)的温度的方法，其中，
将根据权利要求1至9中任一项所述的印刷电路板(1)布置在所述连接器中并且将所述印刷电路板(1)连接至测量电路。
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