CN115347389A - 具有冷却特征的大功率接头电连接器 - Google Patents

具有冷却特征的大功率接头电连接器 Download PDF

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Abstract

一种电连接器组件(100)，包括：连接器壳体(112)；平面母线(124)，上述平面母线具有矩形横截面，上述矩形横截面限定有两个相对的主表面和四个副表面；冷却板(130)，上述冷却板的尺寸、形状和布置设计成与上述平面母线(124)的第一主表面导热接触；以及L形母线(118)，上述L形母线部分地配置在连接器壳体(112)内，并且具有第一端(120)和第二端(122)，上述第一端连接至电气端子(116)，上述第二端附接至平面母线(124)的第二主表面并与之导热接触。上述冷却板(130)构造成降低平面母线(124)和附接的L形母线(118)的温度。还提供了一种组装这种电连接器(100)的方法(200)。

Description

具有冷却特征的大功率接头电连接器
相关申请的交叉引用
本申请要求获得2021年5月12日提交的美国临时专利申请号63/187,588和2021年6月1日提交的美国临时专利申请号63/195,223的优先权，其全部公开内容通过参考并入本文。
技术领域
本发明涉及一种电连接器组件，特别是涉及一种具有冷却特征的大功率的电连接器组件。
背景技术
大功率的电连接器组件、诸如电动汽车中使用的连接器组件可能需要传导90千瓦或以上的电力。电连接器组件中的电气元件之间的接触电阻会导致功率损耗，该功率损耗会在连接器组件内转换为热能。该热能可导致电连接器组件内的温度升高，如果超过热极限，则可能会因过热而损坏电连接器组件和/或周围部件。为了防止过热造成损坏，电连接器组件的导电部件(包括电缆)的尺寸被增大以承载额外电流，从而使连接器“降额”以补偿电阻加热。
在背景部分中论述的主题不应仅由于其在背景部分中被提及而被认定是现有技术。类似地，背景部分中提到的、或与背景部分的主题相关的问题不应当被认为之前已在现有技术中被发现。背景部分中的主题仅代表不同的方案，它们本身也可以是发明。
发明内容
根据一个实施方式，提供了一种电连接器组件。电连接器组件包括：连接器壳体；平面母线，上述平面母线具有矩形横截面，上述矩形横截面限定有两个相对的主表面和四个副表面；冷却板，上述冷却板的尺寸、形状和布置设计成与上述平面母线的第一主表面导热接触；以及L形母线，上述L形母线部分地配置在上述连接器壳体内，并且具有第一端和第二端，上述第一端连接至电气端子，上述第二端附接至上述平面母线的第二主表面并与之导热接触。冷却板构造成降低上述平面母线和附接的上述L形母线的温度。
在具有前述段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述电连接器组件还包括配置在平面母线的第二主表面与冷却板之间的电绝缘且导热的垫。
在具有前述任何段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述L形母线通过螺纹紧固件附接至平面母线。螺纹紧固件具有外表面与第二主表面齐平或避开第二主表面的头部。
在具有前述段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述电连接器组件还包括成对平面母线、成对L形母线和成对电气端子。成对平面母线中的每个平面母线被连接至成对L形母线中的一个L形母线和成对电气端子中的一个电气端子。
在具有前述任何段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述电连接器组件还包括由绝缘材料形成的冷却板保持器，并且配置在冷却板与连接器壳体之间。
在具有前述任何段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述冷却板保持器和上述冷却板通过多个支架与上述连接器壳体分离。
在具有前述任何段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例实施方式中，上述冷却板保持器限定有卡扣特征，该卡扣特征构造成将冷却板保持器固定至冷却板。
在具有前述任何段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例性实施方式中，冷却板保持器和冷却板限定有对准特征，该对准特征构造成将冷却板保持器与冷却板对准。
在具有前述任何段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述冷却板包括冷却剂通道，该冷却剂通道构造成允许液体冷却剂流入到冷却板的入口端口中，并经过冷却剂通道流出冷却板的出口端口。
在具有前述任何段落的电连接器组件的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述冷却板还包括第一部分和第二部分，上述第一部分限定有入口端口和出口端口，上述第二部分具有与平面母线的第一主表面导热接触的外表面。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种组装电连接器的方法。上述方法包括提供电连接器的步骤，上述电连接器具有连接器壳体、冷却板、具有矩形横截面并限定有两个相对的主表面和四个副表面的平面母线、以及部分地配置在连接器壳体内的L形母线。L形母线的第一端连接至配置在连接器壳体内的电气端子。上述方法还包括以下步骤：将平面母线的第一主表面放置成与冷却板导热接触的步骤；将L形母线的第二端附接至上述平面母线的第二主表面，使得第二端与第二主表面紧密接触的步骤；以及将冷却板固定至连接器壳体的步骤。冷却板构造成降低上述平面母线和附接的上述L形母线的温度。
在具有前述段落的方法的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述方法还包括在平面母线的第二主表面与冷却板之间配置垫的步骤。该垫是导热且电绝缘的。
在具有前述任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述方法还包括通过螺纹紧固件将L形母线附接至平面母线的步骤。螺纹紧固件的头部具有与第二主表面齐平或避开第二主表面的外表面。
在具有前述任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述方法还包括在冷却板与连接器壳体之间配置由绝缘材料形成的冷却板保持器的步骤。
在具有前述任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述方法还包括使用多个支架将冷却板保持器及冷却板与连接器壳体分离的步骤。
在具有前述任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施方式中，上述冷却板包括冷却剂通道，该冷却剂通道构造成允许液体冷却剂经由入口端口流入到冷却板中，经过冷却剂通道，并经过出口端口流出冷却板。
根据本发明的又一实施方式，提供了一种电连接器组件。上述电连接器组件包括：连接器壳体；平面母线，上述平面母线具有矩形横截面，上述矩形横截面限定有两个相对的主表面和四个副表面；L形母线，上述L形母线部分地配置在上述连接器壳体内，并且具有第一端和第二端，上述第一端连接至电气端子，上述第二端附接至上述平面母线的第二主表面并与之导热接触；以及用于降低平面母线和L形母线的温度的装置。
附图说明
现在将参考附图通过示例描述本发明，附图中：
图1是根据一个实施方式的电连接器组件的立体装配图；
图2是根据一个实施方式的图1的电连接器组件的分解侧视图；
图3是根据一个实施方式的图1的电连接器组件的横截面侧视图；
图4是根据一个实施方式的图1的电连接器组件和相应的配合连接器的热成像视图；以及
图5是根据一个实施方式的对图1的电连接器组件进行组装的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考实施方式，这些实施方式的示例在附图中示出。在以下详细说明中，阐述了许多具体细节以便提供对各种描述的实施方式的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种描述的实施方式。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件、电路以及网络，以免不必要地模糊实施方式的各方面。
图1至图3示出了电连接器组件的一个实施方式的非限制性示例，以下称为连接器100。连接器100是接头式连接器(头座式连接器)，设计成安装在平面上诸如电池组的面板或电动汽车的隔板。连接器100包括电绝缘的连接器壳体112，该连接器壳体112限定护罩114，该护罩部分地包围成对的电气端子116。在该示例中，电气端子116是构造成接纳相应的阳端子的阴端子。电气端子连接至部分地配置在连接器壳体112内的成对L形母线118。如本文所使用的，“L形”是指母线具有布置成大致垂直于第二平面端122的第一平面端120。在所示的示例中，电气端子116连接至L形母线118的第一端20。连接器100还包括成对平面母线124，该对对平面母线124分别具有矩形横截面，上述矩形横截面限定有两个相对的主表面126、128和四个副表面。如本文所使用的，由于主表面的表面积较大，主表面与副表面不同。连接器100还包含平面母线124和附接的L形母线118的用于降低连接器100温度的装置，该装置包括冷却板130，上述冷却板130的尺寸、形状和布置设计成与每个平面母线124的第一主表面126导热接触。L形母线118的第二端122附接至平面母线124的第二主表面128，并与之导热接触。
在一个替代的实施方式中，L形母线的第一端可以形成阳端子，该阳端子被接纳在位于配合的连接器壳体中的相应的阴型端子内。
L形母线118通过螺纹紧固件132(诸如沉头的带帽螺钉和旋转或自紧螺母、例如
Figure BDA0003640323570000051
螺母，带帽螺钉穿过这些螺母)附接至平面母线124。如图3所示，当带帽螺钉被完全拧紧时，带帽螺钉的头部具有的外表面与第二主表面128齐平或避开第二主表面12。这使得L形母线118与平面母线124之间的界面表面积最大化，当带帽螺钉被完全拧紧时，如果螺钉头从第二主表面128突出，则该界面表面将限于螺钉头的表面积。
上述连接器组件还包括冷却板保持器(以下，称为保持器134)，该保持器诸如聚酰胺(尼龙)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等绝缘材料形成，并配置在冷却板130与连接器壳体112之间。保持器134和冷却板130通过多个支架136与连接器壳体112分离。保持器134限定有卡扣特征138，该卡扣特征138构造成将保持器134固定至冷却板130。保持器134和冷却板130限定有对准特征140，该对准特征140构造成将保持器134与冷却板130对准。保持器134还限定有翅片42，该翅片42在成对L形母线118之间突出，以维持它们之间的间距，并且使L形母线118彼此电绝缘。保持器134还包括插入件或压缩限制件，以防止用于将保持器134和冷却板130固定至支架136的螺纹紧固件132过度扭转。
冷却板130包括底部部分44，该底部部分44具有液体入口端口146和液体出口端口148，上述液体入口端口146和液体出口端口148可以与车辆的冷却系统、例如对车辆电池组和/或车辆的电力电子设备进行冷却的液体冷却系统互连。车辆的冷却系统包括使液体冷却剂流过冷却板的泵。在一个替代的实施方式中，液体入口端口和液体出口端口可以与专用于对连接器进行冷却的冷却系统互连。底部部分可以有利地由聚合物材料形成，与金属制的底部部分相比，这可以减轻重量并提供更好的电隔离。
冷却板130还包括顶部部分150，该顶部部分150限定有具有多个冷却翅片154的冷却剂通道152，液体冷却剂经过该冷却剂通道152从液体入口端口146流至液体出口端口148。顶部部分150可以有利地由金属材料形成，以优化冷却翅片154与液体冷却剂之间的热传递。顶部部分150突出穿过保持器134中的开口156。保持器134还限定有多个加强肋160，上述多个加强肋160从开口156延伸到保持器134的外边缘。
在平面母线124的第二主表面128与冷却板130的顶部部分150之间配置电绝缘且导热的垫158。垫158可以由与平面母线直接接触的介电热界面材料层(诸如由马萨诸塞州的沃伯恩的派克固美丽公司(Parker Chomerics of Woburn Massachusetts)发布的THERM-A-GAPTMGEL 30)和与冷却板直接接触的附加介电材料层(诸如由密歇根州沃伦的汉高公司(Henkel Corporation of Warren,Michigan)发布的ISOEDGETMPR4305)形成。介电热界面材料层和附加介电材料层在平面母线与金属制顶部部分之间提供稳定的电气隔离。
连接器100的冷却性能的热建模的结果如图4所示。
尽管连接器100的示出的实施方式构造成传导液体冷却剂，但是可以设想构造成传导气体冷却剂的连接器的其他实施方式。在连接器的又一实施方式中，冷却板可以包括外部冷却翅片，并依赖于被动冷却而不是主动的冷却剂流动。
图5示出了对如上所述的连接器100进行组装的方法200的流程图。该方法200包括以下步骤：
步骤202，提供电连接器；该步骤202包括提供电连接器100，上述电连接器100具有连接器壳体112、冷却板130、具有矩形横截面并限定有两个相对的主表面126、28和四个副表面的平面母线124、以及部分地配置在连接器壳体112内的L形母线118。L形母线118的第一端120连接至配置在连接器壳体112内的电气端子16；
步骤204，在平面母线与冷却板之间配置垫；该步骤204是可选步骤，包括在平面母线124的第二主表面128与冷却板130之间配置垫158。该垫158是导热且电绝缘的；
步骤206，将平面母线放置成与冷却板导热接触；该步骤206包括将平面母线124的第一主表面126与冷却板130导热接触；
步骤208，将L形母线的第二端连接至平面母线；该步骤208包括将L形母线118的第二端122附接至平面母线124的第二主表面128，使得第二端122与第二主表面128紧密接触；
步骤210，利用螺纹紧固件将L形母线附接至平面母线；该步骤210是可选步骤，包括利用螺纹紧固件132、诸如沉头的带帽螺钉和旋转或自紧螺母将L形母线118附接至平面母线124。螺纹紧固件132的头部具有与第二主表面128齐平或避开第二主表面128的外表面；
步骤212，在冷却板与连接器壳体之间配置冷却板保持器；该步骤212是可选步骤，包括在冷却板130与连接器壳体112之间配置由绝缘材料形成的冷却板保持器134；
步骤214，将冷却板保持器和冷却板从连接器壳体分离；该步骤214是可选步骤，包括使用多个支架136将冷却板保持器134和冷却板130从连接器壳体112分离；以及
步骤216，将冷却板固定至连接器壳体；步骤216包括将冷却板130固定至连接器壳体112。冷却板130构造成降低平面母线124和附接的L形母线118的温度。冷却板130包括冷却剂通道152，该冷却剂通道152构造成允许液体冷却剂经由入口端口146流入到冷却板130中，经过冷却剂通道152，并经过出口端口148流出冷却板130。
因此，提供了一种连接器100和组装该连接器100的方法。上述连接器100提供了对连接器100和相关组件、诸如线缆的温度进行热管理的优点。通过降低连接器100的温度，不再需要使连接器降额，因此，可以使用更小的连接器组件，从而降低材料成本并减小连接器100的重量和尺寸。此外，由于附接至连接器的电缆不再需要提供散热器，因此，电缆的规格也可能会减小，从而进一步降低材料成本，并减少电缆的重量和尺寸。
虽然已经根据本发明的较佳实施方式描述了本发明，但是本发明并不旨在受限于此，而是仅受以下的权利要求书中所阐述的范围限制。例如，以上描述的实施方式(和/或其各个方面)可彼此组合地使用。此外，可作各种改型以使得情形或材料适应本发明的教导，而不偏离其主要范围。本文描述的尺寸、类型、各个部件的定向以及各个部件的数量和位置旨在限定特定实施方式的参数，不意味着限制，而仅为原型实施方式。
在阅读了以上描述后，在权利要求精神和范围内的许多其他实施方式和变型对本领域的普通技术人员来说是显然的。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书、以及这些权利要求所涵盖的等同物的全部范围所限定。
如本文使用的，“一个或多个”包括由一个元件执行的功能、例如以分布的形式由超过一个元件执行的功能、由一个元件执行若干功能、由若干元件执行若干功能、或以上这些的任意组合。
还应理解，尽管在一些情况下术语“第一”、“第二”等在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应由这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分。例如，在不脱离各种所述实施方式的范围的情况下，第一接触件可以被称为第二接触件，并且类似地，第二接触件可以被称为第一接触件。第一接触件和第二接触件都是接触件，但它们不是相同的接触件。
在本文的各种实施方式的描述中使用的术语仅用于描述实施方式的目的，而不是旨在限制。如在各种所述实施方式的说明书中和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在同样包括复数形式，除非上下文明确指出了其他情形。还应当理解，本文所用的术语“和/或”是指并涵盖一个或多个相关联列出项目的所有可能的组合。还应当理解，在本文中所使用的术语“包括”特指存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
如在本文中所使用的，取决于上下文，术语如果摂可选地被解释为表示“当……时”或“在......时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于上下文，短语如果确定摂或如果检测到“[所陈述的状况或事件]”可选地被解释为表示“在决定……时”或“响应于决定”或“[在检测到所述条件或事件]时”或“响应于检测到[所述的条件或事件]”。
另外，虽然本文可使用条例或取向的术语，但这些元件不应受这些术语的限制。除非另有说明，否则条例或定向的所有术语用于区分一个元件与另一个元件的目的，并且除非另有说明，否则不表示操作、方向或定向的任何顺序。

Claims (20)

1.一种电连接器组件(100)，包括：
连接器壳体(112)；
平面母线(124)，所述平面母线具有矩形横截面，所述矩形横截面限定有两个相对的主表面和四个副表面；
冷却板(130)，所述冷却板的尺寸、形状和布置设计成与所述平面母线(124)的第一主表面导热接触；以及
L形母线(118)，所述L形母线部分地配置在所述连接器壳体(112)内，并且具有第一端(120)和第二端(122)，所述第一端连接至电气端子(116)，所述第二端附接至所述平面母线(124)的第二主表面并与之导热接触，其中，所述冷却板(130)构造成降低所述平面母线(124)和附接的所述L形母线(118)的温度。
2.如权利要求1所述的电连接器组件(100)，其特征在于，还包括配置在所述平面母线(124)的所述第二主表面与所述冷却板(130)之间的电绝缘且导热的垫(158)。
3.如权利要求1所述的电连接器组件(100)，其特征在于，所述L形母线(124)通过螺纹紧固件(132)附接至所述平面母线(118)，其中，所述螺纹紧固件(132)包括具有与所述第二主表面齐平的外表面的头部。
4.如权利要求1所述的电连接器组件(100)，其特征在于，所述L形母线(118)通过螺纹紧固件(132)附接至所述平面母线(124)，其中，所述螺纹紧固件(132)包括具有避开所述第二主表面的外表面的头部。
5.如权利要求1所述的电连接器组件(100)，其特征在于，还包括成对平面母线(124)、成对L形母线(118)和成对电气端子(16)，其中，所述成对平面母线(124)中的每个平面母线(124)连接至所述成对L形母线(118)中的一个L形母线(118)和所述成对电气端子(116)中的一个电气端子(116)。
6.如权利要求5所述的电连接器组件(100)，其特征在于，还包括冷却板保持器(134)，所述冷却板保持器由绝缘材料形成，并且配置在所述冷却板(130)与所述连接器壳体(112)之间。
7.如权利要求6所述的电连接器组件(100)，其特征在于，所述冷却板保持器(134)和所述冷却板(130)通过多个支架(136)与所述连接器壳体(112)分离。
8.如权利要求6所述的电连接器组件(100)，其特征在于，所述冷却板保持器(134)限定有卡扣特征(138)，所述卡扣特征构造成将所述冷却板保持器(134)固定至所述冷却板(130)。
9.如权利要求6所述的电连接器组件(100)，其特征在于，所述冷却板保持器(134)和所述冷却板(130)限定有对准特征(140)，所述对准特征构造成将所述冷却板保持器(134)与所述冷却板(130)对准。
10.如权利要求1所述的电连接器组件(100)，其特征在于，所述冷却板(130)包括冷却剂通道(152)，所述冷却剂通道构造成允许液体冷却剂流入到所述冷却板(130)的入口端口(146)中，经过所述冷却剂通道(152)，并流出所述冷却板(130)的出口端口(148)。
11.如权利要求10所述的电连接器组件(100)，其特征在于，所述冷却板(130)包括：
第一部分，所述第一部分限定有所述入口端口(146)和所述出口端口(148)；以及
第二部分，所述第二部分具有与所述平面母线(124)的所述第一主表面导热接触的外表面。
12.一种组装电连接器(100)的方法(200)，所述方法(200)包括：
提供(202)所述电连接器(100)的步骤(202)，所述电连接器(100)具有连接器壳体(112)、冷却板(130)、具有矩形横截面并限定有两个相对的主表面和四个副表面的平面母线(124)、以及部分地配置在所述连接器壳体(112)内的L形母线(118)，其中，所述L形母线(118)的第一端连接至配置在所述连接器壳体(112)内的电气端子(116)；
将所述平面母线(124)的第一主表面放置(206)成与所述冷却板(130)导热接触(206)；
将所述L形母线(118)的第二端(122)附接(208)至所述平面母线(124)的第二主表面，使得所述第二端(122)与所述第二主表面(128)紧密接触；以及
将所述冷却板(130)固定(216)至所述连接器壳体(112)，其中，所述冷却板(130)构造成降低所述平面母线(124)和附接的所述L形母线(118)的温度。
13.如权利要求12所述的方法(200)，其特征在于，还包括在所述平面母线(124)的所述第二主表面与所述冷却板(130)之间配置(204)垫(158)，其中，所述垫(158)是导热且电绝缘的。
14.如权利要求12所述的方法(200)，其特征在于，还包括利用螺纹紧固件(132)将所述L形母线(118)附接(208)至所述平面母线(124)。
15.如权利要求14所述的方法(200)，其特征在于，所述螺纹紧固件(132)的头部具有与所述第二主表面齐平的外表面。
16.如权利要求14所述的方法(200)，其特征在于，所述螺纹紧固件(132)的头部具有避开所述第二主表面的外表面。
17.如权利要求12所述的方法(200)，其特征在于，还包括在所述冷却板(130)与所述连接器壳体(112)之间配置(212)由绝缘材料形成的冷却板保持器(134)。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括使用多个支架(136)将所述冷却板保持器(134)及所述冷却板(130)与所述连接器壳体(112)分离(214)。
19.如权利要求12所述的方法(200)，其特征在于，所述冷却板(130)包括冷却剂通道(152)，所述冷却剂通道构造成允许液体冷却剂经由入口端口(146)流入到所述冷却板(130)中，经过所述冷却剂通道(152)，并经过出口端口(148)流出所述冷却板(130)。
20.一种电连接器组件(100)，包括：
连接器壳体(112)；
平面母线(124)，所述平面母线具有矩形横截面，所述矩形横截面限定有两个相对的主表面和四个副表面；
L形母线(118)，所述L形母线部分地配置在所述连接器壳体(112)内，并且具有第一端(120)和第二端(122)，所述第一端连接至电气端子(116)，所述第二端附接至所述平面母线(124)的第二主表面并与之导热接触；以及
用于降低所述平面母线(124)和所述L形母线(118)的温度的装置(130)。
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