CN118156862A - 具有可移动防触摸元件的功率连接器 - Google Patents

Abstract

一种功率连接器(3),包括介电壳体(6)、容纳在壳体(6)内的至少一个功率端子(7)以及防触摸元件(17)，该防触摸元件(17)在壳体(6)和防触摸元件(17)之间提供防止探针(20)侵入的安全保护，从而防止所述至少一个功率端子(7)与所述探针(20)的接触，探针(20)的尺寸由标准预先确定。防触摸元件(17)由保证构件(10)支撑，该保证构件(10)形成为与壳体(6)分离的部件并且能相对于壳体(6)在传递位置和最终位置之间移动，在该最终位置，连接器(3)起作用。

Description

具有可移动防触摸元件的功率连接器

技术领域

下面的公开涉及功率连接器领域。更具体地，本公开涉及配备有防触摸元件的功率连接器，该防触摸元件提供安全保护，防止处于高压下的端子被手指或大于预定尺寸的固体异物触摸。这种功率连接器可以用在机动交通工具中。

现有技术

在机动交通工具并且特别是电动交通工具、混合动力交通工具或插电式混合动力交通工具领域中，高电流可以在布线网络和/或电功率电路中传输，诸如那些互连元件，诸如电池、电机、电压转换器等。类似地，即使电流强度不一定是非常高的强度，所涉及的电压也可能相对较高，特别是高于60伏。

当需要将连接器集成到旨在传输高强度和/或高压电流的布线网络中时，这些连接器必须设置有足够大大小和截面的端子以传输这些电流而不会过度发热。例如，可以使用横截面积高达113mm²或更大的公端子。类似地，母端子必须能够容纳具有这种横截面的公端子，并受到保护，特别是当在60V以上的电压下使用时。众所周知，为了防止端子被触摸，使用与连接器壳体一体形成或附接到连接器壳体的防触摸元件，以减少防触摸元件和壳体之间留下的用于接触端子的空间。例如，已经提出了具有手指形状的防触摸元件，该具有手指形状的防触摸元件沿着具有郁金香形状的母端子的对称轴线定位(例如参见DE102020107295A1)。这种方案的优点在于，防触摸元件具有相当好的刚性，并且在防触摸指状件上施加例如10N的力时不会变形。例如US10381752B2公开了其他解决方案。

有一些配置，尤其是直角配置，对于这些配置设计允许实现防触摸元件的制造工具是相当复杂的。当还需要实现诸如端子锁存保持特征的其他重要特征时，这就更加复杂了。

本公开旨在提供一种至少部分地解决该问题的解决方案。

发明内容

为了这个目的，提出了一种根据权利要求1所述的功率连接器。

由于该功率连接器，防触摸元件可以独立于外壳被制造(例如模制)。因此，分别制造防触摸元件与壳体的工具可以独立设计，有利于工具(例如模具)的设计。进一步，不是将防触摸元件制造为新的特定部件，而是将防触摸功能添加到已经打算安装在连接器中的保证构件，诸如连接器位置保证构件(也称为CPA构件或CPA设备)或端子位置构件(也称为TPA构件或CPA设备)。这减少了需要管理的部件数量，并减少了组装步骤的数量。

在本文档中，“其尺寸由标准预先确定的探针”与具有由防护等级(例如由IEC60529标准/版本2.1-2001-02定义的IP2X级)定义的形状的主体相对应，其本身被定义为防止用手指接触危险部件，并保护壳体内的设备免受具有例如12.5毫米直径或更大的固体异物的进入。其他标准和规范可以定义其他探针尺寸。

所公开的功率连接器可能包括权利要求2至权利要求12中列出的一个和/或另一个特征，每个特征被认为彼此独立或者与一个或多个其他特征组合。

附图说明

本公开的其他特征、目的和优点将通过阅读以下参考附图并通过非限制性示例的方式给出的详细描述而变得更加显而易见，其中：

图1是电池连接组件的示例实施例的示意及分解透视图；

图2是图1所示的电池连接组件的功率连接器的示意性横截面，该功率连接器被表示为CPA构件在传递位置；

图3是图2所示的功率连接器的示意性横截面，该功率连接器被插入到插头连接器的插头腔中，功率连接器和插头连接器在中间位置，其中CPA构件仍然在传递位置；

图4与图3类似，CPA构件被表示为在连接位置；

图5是图2至图4所示的具有防触摸探针的功率连接器的示意性横截面；

图6是具有防触摸探针的功率连接器的第二示例的透视示意图；

图7是类似于图6所表示的连接器的连接器横截面示例图和透视示意图，其中TPA构件在最终位置；

图8是图7所示的连接器的示意性横截面，其中TPA构件在传递位置；

图9是图7和图8所表示的连接器的示意性横截面，其中TPA构件在最终位置；

图10是图7所示的连接器的变型的一部分的示意性横截面，其中TPA构件在传递位置；

图11是图7所示的连接器的变型的一部分的示意性横截面，其中TPA构件在最终位置。

具体实施方式

连接组件的实施例的示例如图1所示。在该示例中，连接组件是电池连接组件，但是本公开可以转移到其他应用，同时特别保留诸如CPA构件、母端子和壳体的基本元件。

根据该示例，电池连接组件1包括汇流条连接组件2，汇流条连接组件2通过相应的配对连接器25(例如，插头连接器)分别连接两个电池模块(未示出)的正极和负极的两个极。

汇流条连接组件2包括两个功率连接器3，每个功率连接器3位于汇流条4的相应汇流条端部5处。连接器3为直角功率连接器。换句话说，在连接器壳体6中，连接器端子7分别布置成相对于汇流条4的主方向成直角配置。配合方向MD垂直于连接器壳体6中的汇流条4的主方向。

应当注意的是，尽管本公开涉及包括两个功率连接器3的汇流条连接组件2，但是可以从本说明书推导出用于将汇流条4或另一种导体连接到配对连接器的单个功率连接器3的设计。将功率连接器3中的至少一个替换为用于连接到电路的合适的连接器、配对连接器等就足够了。

汇流条4例如由多个导电层(例如铜或铜合金)制成。换句话说，汇流条4具有多层结构(例如具有6层)。连接器端子7机械紧固并电连接在每个汇流条端部5处。汇流条4基本上沿着纵向方向LD纵向地延伸。更具体地，如图1所示，汇流条4具有两个沿纵向方向LD纵向延伸的直部33，并且V形部19位于两个直部33之间。

V形部19容纳在盖22中。盖22由介电材料制成并且提供至少由保护等级IP2X(标准IEC 60529)定义的等级的保护。盖22具有基本上在配合方向MD上从基部23延伸到顶点24的齿形(三角形)。这种配置提供的优点是盖22位于两个功率连接器3之间所包括的体积中。换句话说，这种配置相当紧凑并且不会给汇流条连接组件2增加更多的高度(即，在配合方向MD上)。

特别如图2所示，每个功率连接器3包括电绝缘连接器壳体6、电绝缘CPA构件10(形成绝缘帽)和连接器端子7。例如，连接器壳体6和电绝缘CPA构件10由模制塑料制成。每个连接器壳体6容纳电连接到相应汇流条端部5的连接器端子7。

在所示的示例中，每个连接器端子7是母端子。每个连接器端子7包括紧固至汇流条端部5的冠部或套管35。多个接触片15基本上在配合方向MD上纵向延伸并且围绕平行于配合方向MD的圆形对称轴线SA对称地布置。每个接触片15从与其成一体的冠部35纵向延伸至自由端部16。

每个连接器壳体6包括引导部8，其中容纳连接器端子7的连接部9。更具体地，接触片15的每个自由端部16位于对应的引导部8中。

每个CPA构件10至少部分地封闭连接器壳体6。每个CPA构件10被配置成用于防止容纳在连接器壳体6中的连接器端子7和汇流条端部5被操作者触摸(换句话说，连接器壳体6和CPA构件10提供至少为IP2X等级的保护)。

连接器端子7和汇流条端部5中的每一者机械且刚性地附接到相应的CPA构件10中。更准确地，每个CPA构件10具有紧固栓34，该紧固栓34被压入连接器端子7的冠部35中(然而，可以设想用于将CPA构件10紧固到连接器端子7和/或汇流条4上的若干其他装置)。CPA构件10、连接器端子7和汇流条端部5能够相对于连接器壳体6在至少一个传递位置(图2)和最终位置(图4)之间一起移动。

在传递位置(图2)，连接部9比在最终位置(图4)进一步缩回到引导部8中。换句话说，在传递位置，接触片15的自由端部16更远离引导部8的配合接口36(该配合接口36与开口相对应，配对连接器的端子可被插入通过该开口)。

每个CPA构件10包括CPA锁定装置11。CPA锁定装置11包括铰接在CPA构件10上的杠杆13。杠杆13包括分别位于铰链每一侧的锁定部39和致动部45。锁定部39包括第一止动件14，该第一止动件14接合与连接器壳体6成一体的突出部12，用于将CPA构件10和连接器壳体6保持在传递位置(参见图2中用点线圆圈标记的区域)。如已经解释的，在传递位置，连接器端子7保持缩回在连接器壳体6中，比在最终位置更远离配合接口36。

CPA锁定装置11能在锁定位置和解锁位置之间致动。更具体地，CPA锁定装置围绕锁定位置和解锁位置之间的铰链旋转/倾斜。在其锁定位置，CPA锁定装置11接合突出部12以将CPA构件10和连接器壳体6保持在一起在传递位置。在其解锁位置，CPA锁定装置11将CPA构件10从突出部12释放，以便允许操作者(或机器人)将CPA构件10推入最终位置。

每个CPA构件10包括基本上平行于配合方向MD从紧固栓34延伸到尖端18的指状部17。指状部17与CPA构件10成一体。在所示的示例中，指状部17具有圆柱形形状。连接器端子7的连接部9缩回到尖端18后面。因此，指状部17和引导部8提供IP2X保护。如图5所示，指状部17形成防触摸元件并提供安全保护，防止探针20侵入连接器壳体6的引导部8和指状部17的尖端18之间。换句话说，指状部17的尖端18和形成在配合面26中的用于插入插头端子27的开口的边缘之间的最短距离足够短以防止连接器端子7与探针20接触。在该示例中，探针20具有由IEC 60529标准的IP2X级预定的尺寸。

如图1、图3和图4所示，插头连接器25包括插头壳体26。插头端子27容纳在每个插头壳体26中。每个插头壳体26均由电绝缘材料制成(例如，其由模制塑料制成)。每个插头壳体26具有插头腔28，插头端子27的连接部29在插头腔28内突出。插头端子27被配置成用于与连接器端子7配合。

在所示的示例中，每个连接器端子27是公端子。插头端子27基本上具有圆柱形形状，其圆柱形轴线SA平行于配合方向MD。插头端子27具有平行于配合方向MD纵向延伸的凹部37。例如插头端子27由诸如铜或铜合金的导电材料制成。插头端子27包括绝缘端片30。绝缘端片30部分地插入凹部37中。绝缘端片30具有覆盖插头端子27的自由端部的圆形边缘的环38，因此插头壳体26和绝缘端片30提供IP2X保护。绝缘尾端片30形成中空圆柱形，该中空圆柱形被配置成用于接收指状部17的至少一部分。

为了连接电动交通工具或混合动力交通工具的两个电池模块，由操作者(可替代地由机器人)实施以下方法。

在预定位步骤期间，汇流条连接组件2的两个引导部8各自分别与电池模块的插头连接器25对准，并且每个引导部8定位成与相应的插头腔28相对。

在插入步骤期间，每个引导部8被插入到相应插头腔28中直到中间位置，在该中间位置，每个功率连接器3的CPA锁定装置11与包括在每个插头连接器25上的相应解锁装置31相互作用。在该中间位置，CPA锁定装置11仍然在锁定位置(图3)。在此阶段，接触片15的自由端部16安置在绝缘端片30上(即，在连接器端子7和插头端子27之间不存在电接触的风险)。

在连接步骤期间，CPA构件10在配合方向MD上被推动，使得CPA锁定装置11被解锁装置31释放并且能够移动直到其中CPA构件10在其最终连接位置的配置。例如，解锁装置31包括具有倾斜表面的齿48和与杠杆13成一体的第二止动件47。当在配合方向MD上推动CPA构件10时，第二止动件47在倾斜表面上滑动(换句话说，倾斜表面是解锁装置31的一部分)。因此，杠杆13倾斜并且第一止动件14从突出部12被释放。换句话说，当连接器与配对连接器25配合时，通过杠杆13与配对连接器25的相互作用来操作杠杆13。

当CPA构件10被进一步推入配合MD中时，CPA锁定装置11锁定到与插头连接器25成一体的插头锁定装置32上。更具体地，例如，如图4所示，第二止动件47被齿48后面的止动表面阻挡(换句话说，止动表面形成插头锁定装置32)。在该配置中，引导部8在最终位置插入到插头腔28中，并且CPA构件10也在其最终位置。

在所示的示例中，CPA锁定装置11和用于将功率连接器3和插头连接器25一起锁定在最终位置的锁定装置涉及相同的杠杆13。然而，可替代地，这些装置可以是不同的。

为了将功率连接器3和插头连接器25解配合，操作者推动杠杆13的致动部45，并在与配合方向MD相反的方向上拉动CPA构件10。

可以理解，将连接器端子7(即汇流条端子)定位在插头端子27(即电池端子)上并且在它们之间建立电接触是不同的操作。在定位期间(即预定位和中间插入步骤)，连接器端子7的连接部9不能电连接对应的插头端子27。实际上，CPA构件10(连接器端子7安装在其上)通过CPA锁定装置11保持在传递位置。只有当功率连接器3很好地定位在插头连接器25上时，CPA锁定装置11才可以被释放，从而允许CPA构件10被推动到其最终连接位置，在该最终连接位置，连接器端子7连接插头端子27。

图6至图9所示的连接组件的另一示例实施例(图6所示的连接器与图7至图9所示的连接器并不完全相同，但具有相同的功能)。在该第二示例中，连接组件是电缆连接器组件。

根据该示例，电缆连接器组件100是双向连接器组件。具体地，它包括公功率连接器103和两根功率电缆104。功率连接器103特别容纳两个连接器端子107和两个保证构件110。每个保证构件110是端子位置保证构件(以下称为TPA构件110)。每根功率电缆104机械地并电气地连接至连接器端子107。

每个连接器端子107是具有基本上为板状形状的连接部109的公端子(参见图7至图9)。连接器103为直角连接器。换句话说，连接器103包括连接器壳体106，在连接器壳体106内，连接器端子107分别布置在相对于功率电缆104的主方向成直角配置。连接器壳体106由介电材料制成。配合方向MD垂直于连接器壳体106中的功率电缆104的主方向。连接器壳体106具有配合接口136，该配合接口136被配置为使得配对连接器的端子能够穿透连接器壳体106以与连接器端子107进行电接触。每个连接器端子107具有基本上垂直于配合方向MD延伸的前边缘116。前边缘116例如基本上是直线的。

TPA构件110由介电材料制成。TPA构件110具有杯状形状，其底部130基本上垂直于配合方向MD并且例如，周边壁131从底部130在配合方向MD上延伸(当然，对于TPA构件110可以设想其他形状，例如，一个或若干可以从基本上垂直于配合方向MD的底部壁在配合方向MD上延伸的腿状)。

连接器壳体106特别地包括两个腔140。TPA构件110和连接器端子107容纳在每个腔140中。每个TPA构件110能在其各自的腔140中相对于连接器壳体106在传递位置(图8)和最终位置(图9)之间移动，在该最终位置，连接器103发挥功能(“发挥功能”意味着它能够有效地耦合/连接到对应部件连接器，例如未示出的母功率连接器)。每个TPA构件110在传递位置被保持在壳体106中，这比在最终位置更靠近配合接口136。

TPA构件110包括防触摸元件117。防触摸元件117与TPA构件110成一体。防触摸元件117基本上在平行于连接部109的平面中延伸。防触摸元件117从杯状形状的底部130基本上平行于配合方向MD延伸。防触摸元件117具有脊部118。脊部118基本上是直线的。脊部118在配合方向MD上定位成比前边缘116更远，从而防止连接部在传递位置和最终位置与探针120接触。

在传递位置，只要适当的端子103没有完全且正确地插入其相应腔140中，TPA构件110就被向上锁定(参考图8所示的连接器定向)。当处于该向上位置时，TPA构件110防止连接器103与配对连接器配合(或至少功能性配合)。事实上，杯状形状的周边壁131的顶部上的边缘132将阻挡配对连接器的配合接口，从而防止这样的配对连接器在配合方向MD上进一步移动。然而，一旦适当的端子103完全且正确地插入其相应腔140中，TPA构件110就被解锁并向下移动。在该最终位置，配对连接器可以与连接器103配合，并且容纳在配对连接器中的母端子可以与端子103的电接触。

图10和图11示出了上面公开的TPA构件110的变型。在这些图10和图11中，功率连接器103A特别地容纳两个连接器端子107A和两个保证构件110A中。每个TPA构件110A包括防触摸元件117A。TPA构件110A具有与图6至图9所示的构件基本相同的功能(包括防触摸功能)和相同的形状。它与前一种的主要不同之处在于锁定装置112A，该锁定装置112A允许TPA构件110A分别保持在传递位置(图10)和最终位置(图11)。这些锁定装置112A包括至少一个锁定腿113A，锁定腿113A从周边壁131A在与配合方向MD基本相反的方向上延伸直至自由端部。例如位于该自由端部附近的突出部114A被配置成用于接合形成在壳体106A中的第一凹口115A和第二凹口116A。凹口115A、116A在平行于配合方向MD的方向上对齐。每个锁定腿113A沿着与配合方向MD形成例如小角度的纵向方向延伸，使得每个锁定腿113A从TPA构件110A的杯状形状稍微向外弯曲。当配对连接器与连接器103A配合时，同时TPA构件在传递位置，TPA 110A被进一步推入其腔140A内部。这在锁定腿113A上生成应力，迫使突出部114A离开第一凹口115A。当TPA构件110A被进一步推动时，突出部114A到达第二凹口116A。

Claims (12)

1.一种功率连接器(3、103、103A)，所述功率连接器(3、103、103A)包括：

-介电外壳(6、106)；

-至少一个功率端子(7、107、107A)，所述至少一个功率端子(7、107、107A)电连接并附接到导体(4、104)，并且容纳在形成于壳体(6、106)中的腔中；以及

-防触摸元件(17、117、117A)，所述防触摸元件(17、117、117A)由介电材料制成并提供防止探针(20、120)在外壳(6、106)和防触摸元件(17、117、117A)之间侵入的安全防护，从而防止所述至少一个功率端子(7、107、107A)与所述探针(20、120)的接触，其中所述探针(20、120)的尺寸是预先确定的，

其特征在于，所述防触摸元件(17、117、117A)由连接器保证构件(10)或端子保证构件(110、110A)支撑，所述连接器保证构件(10)或端子保证构件(110、110A)形成为与所述壳体(6、106)分离的部件,

并且所述连接器保证构件(10)或所述端子保证构件(110、110A)能相对于所述壳体(6、106)在传递位置和最终位置之间移动，在所述传递位置，所述连接器保证构件(10)或所述端子保证构件(110、110A)被锁定在所述壳体中并且所述防触摸元件(17、117、117A)有助于防止所述探针(20、120)的侵入，并且在所述最终位置，所述连接器(3、103、103A)起作用。

2.如权利要求1所述的功率连接器(3、103、103A)，其特征在于，所述功率端子(7、107、107A)在所述壳体(6、106)中布置在相对于其所附接的所述导体(4,104)的中主方向成直角的配置中。

3.如权利要求1或权利要求2所述的功率连接器(3)，包括所述连接器位置保证构件，并且其中所述连接器保证构件(10)包括锁定装置(11)，用于将所述连接器保证构件(10)保持在所述传递位置，在所述传递位置，所述至少一个功率端子(7)保持缩回到所述壳体(6)中，比在所述最终位置更远离配合接口(36)。

4.如权利要求3所述的功率连接器(3)，其特征在于，所述壳体(6)包括突出部(12)，并且所述锁定装置(11)包括铰接在所述保证构件(10)上的杠杆(13)，所述杠杆(13)包括接合所述突出部(12)的第一止动件(14)，用于将所述连接器保证构件(10)保持在所述传递位置，当所述连接器(3)与配对连接器(25)配合时，所述杠杆(13)能手动操作或通过与配对连接器(25)相互作用来操作。

5.如前述权利要求中任一项所述的功率连接器(3)，其特征在于，所述至少一个功率端子(7)是母端子，所述母端子具有基本上在配合方向(MD)上纵向延伸并且围绕平行于所述配合方向(MD)的对称轴线(SA)对称布置的接触片(15)，每个接触片(15)具有自由端部(16)，每个自由端部(16)位于所述壳体(6)的引导部(8)内部，并且其中所述防触摸元件是基本上平行于所述对称轴线(SA)延伸的指状部(17)，所述连接器保证构件(10)和所述指状部(17)是成一体的，并且所述指状部(17)具有尖端(18)，所述尖端(18)定位在所述引导部(8)内并且在所述配合方向(MD)上比接触片(15)的每个自由端部(16)更远，无论是在所述传递位置还是在所述最终位置。

6.如权利要求5所述的功率连接器(3)，其特征在于，所述引导部(8)具有配合接口(36)，该配合接口(36)具有由边缘包围的开口，所述指状部(17)的所述尖端(18)与所述边缘之间的最短距离足够短以防止所述至少一个功率端子(7)与所述探针(20)接触。

7.如前述权利要求中任一项所述的功率连接器(3)，其特征在于，所述至少一个功率端子(7)和所述连接器保证构件(17)固定安装在汇流条(4)上，所述至少一个功率端子(7)和所述汇流条(4)随所述保证构件(17)在所述传递位置和所述最终位置之间移动。

8.如权利要求1或权利要求2所述的功率连接器(103、103A)，包括所述端子位置保证构件，并且在所述传递位置的所述端子保证构件(110、110A)防止所述连接器(103)与配对连接器完全配合。

9.如权利要求8所述的功率连接器(103、103A)，其特征在于，所述至少一个功率端子(107、107A)是具有连接部(109)的公端子，所述连接部(109)具有基本上为板状的形状并且具有前边缘(116)，所述前边缘(116)基本上垂直于配合方向(MD)延伸，并且其中所述防触摸元件(117、117A)基本上在平行于所述连接部(109)的平面中延伸并且具有在所述配合方向(MD)上比所述前边缘(116)定位得更远的脊(118)，所述脊(118)和所述前边缘(116)被配置成用于防止所述连接部(109)与所述探针(120)的接触。

10.如权利要求9所述的功率连接器(103)，其特征在于，所述壳体(106)包括容纳所述至少一个功率端子(107、107A)的所述连接部(109)的腔(140、140A)，并且其中所述端子保证构件(110、110A)具有容纳在所述腔(140、140A)中的杯状形状，所述防触摸元件(117、117A)在所述配合方向(MD)上从所述杯状形状的底部(130)延伸。

11.如权利要求8至权利要求10中任一项所述的功率连接器(103、103A)，其特征在于，所述壳体(106)具有配合接口(136)，所述配合接口(136)被配置为使得配对连接器的端子穿过所述壳体(106)以与所述至少一个功率端子(107、107A)电接触，所述端子保证构件(110、110A)被保持在所述壳体(106)中，比在所述最终位置更靠近所述配合接口(136)。

12.如权利要求8至权利要求11中任一项所述的功率连接器(103、103A)，包括锁定装置(112A)，所述锁定装置(112A)被配置成用于将所述端子保证构件(110、110A)保持在其传递位置和其最终位置。