CN111755864A - 用于电源连接器的电缆热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种电源连接器(102)包括壳体(110)，该壳体具有保持端子(114)的端子通道(116)。该端子包括在端子的前部(210)处的配合销和在端子的后部(212，316)处的电缆连接器。配合销(200)定位于端子通道中，以用于与充电连接器配合。电源连接器包括电源电缆(118)，该电源电缆包括在端子的后部端接到电缆连接器(202)的导体。电源连接器包括电缆热交换器(300)，该电缆热交换器热联接到电源电缆的导体。电缆热交换器包括冷却剂通道(302)，该冷却剂通道用于使冷却剂流过电缆热交换器，以主动冷却电源电缆的导体。导热隔离件将电缆热交换器与电源电缆的导体(180)电绝缘。

Description

用于电源连接器的电缆热交换器
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年3月27日提交的美国临时申请No.62/824,430的权益，其主题通过引用的方式以其整体并入本文。
技术领域
本文的主题总体上涉及用于电源连接器的热交换器。
背景技术
当电流流过电源连接器的端子和电缆时，电源连接器等电连接器会产生热量。例如，用于电动车辆(EV)或混合电动车辆(HEV)的电池***的充电入口组件的电源连接器可在充电过程期间通过充电入口组件的端子和电缆产生热量。充电连接器配置成与充电入口组件的端子配合以对车辆的电池***充电。期望增加通过端子传输的电流以给电池充电。但是，在较高的电流下，端子和电源电缆经历温度升高，这可能会损坏充电入口组件的部件。
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于冷却电源连接器的冷却***，该电源连接器例如用于充电入口组件。
发明内容
上述技术问题通过一种电源连接器解决，该电源连接器包括在前部和后部之间延伸的壳体，在壳体的前部和后部之间具有腔室和端子通道。电源连接器包括联接到壳体的端子，该端子包括在端子的前部的配合销和在端子的后部的电缆连接器。配合销定位于端子通道中，用于与充电连接器配合。电缆连接器定位于壳体的后部处的腔室中。电源连接器包括电源电缆，该电源电缆包括在端子的后部端接到电缆连接器的导体。电源连接器包括定位于腔室中的电缆热交换器，该电缆热交换器热联接到电源电缆的导体。电缆热交换器包括冷却剂通道，该冷却剂通道用于使冷却剂流过电缆热交换器，以主动冷却电源电缆的导体。导热隔离件将电缆热交换器与电源电缆的导体电绝缘。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明：
图1是根据示例性实施例的具有冷却***的充电入口组件的电源连接器的前透视图。
图2是根据示例性实施例的充电入口组件和冷却***的后透视图。
图3是根据示例性实施例的电源连接器的端子的侧视图。
图4是根据示例性实施例的充电入口组件的剖视图。
图5是根据示例性实施例的充电入口组件的一部分的局部剖视图。
图6是根据示例性实施例的充电入口组件的一部分的局部剖视图，示出了冷却***的冷却适配器和电缆热交换器。
图7是根据示例性实施例的充电入口组件的一部分的局部剖视图，示出了冷却适配器和电缆热交换器。
图8是根据示例性实施例的电缆热交换器的剖视图。
图9是根据示例性实施例的电缆热交换器的剖视图。
图10是根据示例性实施例的电缆热交换器的剖视图。
具体实施方式
图1是充电入口组件100的电源连接器102的前透视图，其具有用于冷却电源连接器102的部件的冷却***130。图2是根据示例性实施例的充电入口组件100和冷却***130的后透视图。尽管电源连接器102在本文中可以被描述为充电入口组件的一部分，但是应当意识到，电源连接器102可以是另一种类型的电连接器。
充电入口组件100用作诸如电动车辆(EV)或混合电动车辆(HEV)的车辆的充电入口。充电入口组件100包括电源连接器102，该电源连接器102配置成用于与充电连接器(未示出)配合容纳。在示例性实施例中，电源连接器102被配置为与DC快速充电连接器(诸如SAE组合CCS充电连接器)配合，此外与AC充电连接器(诸如SAE J1772充电连接器)配合。
充电入口组件100包括壳体110，壳体110保持形成电源连接器102的一部分的端子114。端子114电连接到对应的电源电缆118。端子114被配置为与充电连接器配合。端子114被接收在端子通道116中，并在端子通道116中联接至壳体110。在示例性实施例中，充电入口组件100包括冷却***130，用于主动冷却电源电缆118以冷却端子114。例如，冷却剂可以被泵送通过冷却***130的管线或通道，并且与电源电缆118热连通地流动成以消散来自电源电缆118的热量，这进一步消散来自端子114的热量。例如，电源电缆118电气且热联接到端子114。电源电缆可用于使用冷却***130将来自端子的热吸收和消散。
充电入口组件100包括联接到壳体110的安装凸缘120。安装凸缘120用于将充电入口组件100联接至车辆。安装凸缘120包括具有开口124的安装片122，开口124接收用于将充电入口组件100固定到车辆的紧固件(未示出)。可以使用其他类型的安装特征部来将充电入口组件100固定至车辆。安装凸缘120可包括用于将充电入口组件100密封至车辆的密封件。
充电入口组件100包括铰接联接至安装凸缘120和/或壳体110的端子盖126(图1)。端子盖126用于覆盖对应的端子114。壳体110包括在壳体110的后部处的后盖128(图2)，后盖128封闭通向壳体110的后部的入口。后盖128可以例如使用夹子或闩锁夹持到壳体110的主要部分上。在替代实施例中，可以使用其他类型的固定特征，例如紧固件。
在示例性实施例中，冷却***130包括在壳体110的后部处的冷却适配器131(图2)，其例如联接至后盖128。密封件可以设置在冷却适配器131与壳体110的主体之间和/或冷却适配器131的各部分之间的界接口处。例如，冷却适配器131可以是多件式适配器。冷却适配器131包括形成空腔135的适配器主体133。适配器主体133形成壳体110的一部分以包围壳体110的后腔室。空腔135通向壳体110的后腔室。冷却***130的冷却部件在空腔135和/或壳体110的后腔室中热联接至电源电缆118。适配器主体133包括用于电源电缆118的电缆出口137。冷却适配器131包括供应端口138和返回端口139(在图5中示出)。冷却剂供应管线132联接至供应端口138。冷却剂返回管线134联接至返回端口139。在所示的实施例中，供应端口138和返回端口139被布置在适配器主体133的相对侧上；然而，端口138、139可以在其他位置。在替代实施例中，供应端口138和/或返回端口139可以位于适配器主体133的后部，例如邻近电缆出口137，使得冷却剂供应管线132和冷却剂返回管线134从后部延伸(例如，平行于电源电缆118)。
图3是根据示例性实施例的端子114的侧视图。端子114包括在端子114的前部210处的配合销200和在端子114的后部212处的电缆连接器202。端子114沿着纵向轴线204延伸。配合销200被配置为与充电连接器配合。电缆连接器202被配置为电连接至电源电缆118(如图2所示)。在示例性实施例中，配合销200和/或电缆连接器202被配置为通过使用冷却***130(如图2所示)降低电源电缆118的温度而被冷却。
在各种实施例中，电缆连接器202与配合销200分离且分立，并且被配置为机械地和电气地联接至配合销200。例如，电缆连接器202可以压配合到配合销200上。然而，在替代实施例中，电缆连接器202可以通过其他方法固定到配合销200，诸如焊接、铆接、螺栓连结等。在其他各种实施例中，电缆连接器202与配合销200成为一体，诸如与配合销200一起形成。在各种实施例中，电缆连接器202被配置为通过将电源电缆118焊接到电缆连接器202而端接到电源电缆118。例如，电缆连接器202可以包括焊接片。在其他各种实施例中，电缆连接器202通过其他方法端接到电源电缆118，诸如压接、焊接等。例如，电缆连接器202可包括配置成端接到电源电缆118的压接桶。
配合销200是导电的。例如，配合销200可以由诸如铜材料的金属材料制成。在示例性实施例中，配合销200是经机加工的螺钉。配合销200可以由具有添加剂以增加可机加工性的金属合金(例如，铜合金)制造。在示例性实施例中，配合销200是圆柱形的。在示例性实施例中，密封件228在配合销200的后端附近联接至配合销200，以用于抵靠端子通道116(图1所示)的内表面进行接口密封。
电缆连接器202从配合销200的后端延伸和/或联接到配合销200的后端。电缆连接器202可以压配合在配合销200上。电缆连接器202包括在端子114的后部212处的电缆端接端240。电源电缆118被配置为端接到电缆端接端240。在所示的实施例中，电缆连接器202包括在后部212处的焊接垫242，其限定电缆端接端240。焊接垫242可以是矩形的或在替代实施例中具有其他形状。焊接垫242可包括用于将电源电缆118焊接到焊接垫242的平坦的平行表面。在替代实施例中，电缆端接端240可以包括压接筒(未示出)而不是焊接垫242。
图4是根据示例性实施例的充电入口组件100的剖视图。图4示出了联接到壳体110的端子114中的一个。壳体110具有位于壳体的后部处的腔室140。后盖128在腔室140的后方并封闭腔室140。后盖128可以包括电缆出口(例如，开口)，该电缆出口接收电源电缆118并允许电源电缆118离开腔室140。后盖128可以包括冷却剂管线出口(例如，开口)或端口，其允许用于主动地冷却电源电缆118和端子114的冷却***130的冷却剂的供给和返回。
端子114延伸到腔室140中，并且电源电缆118端接到腔室140中的端子114。冷却***130与腔室140中的电源电缆118对接，以为电源电缆118和端子114提供主动冷却。例如，冷却***130包括电缆热交换器300，其定位于腔室140中以与电源电缆118对接。电缆热交换器300热联接到电源电缆118以消散来自电源电缆118的热量，并因此消散来自端子114的热量。冷却***130降低端子114的操作温度以改善充电入口组件100的性能和/或允许更高的电流通过端子114和/或减小损坏端子114的风险。
端子114被接收在对应的端子通道116中。配合销200位于端子通道116中，用于与***壳体110中的充电连接器对接。壳体110包括延伸到端子通道116中的主闩锁162，以接合端子114并将其轴向保持在端子通道116中。主闩锁162可以是可偏转的闩锁。主闩锁162可与壳体110成一体，例如与壳体110共模制。主闩锁162阻止从端子通道116向后拉出端子114。在示例性实施例中，密封件228被密封到壳体110的限定端子通道116的表面。
在示例性实施例中，端子114位于端子通道116中，使得电缆连接器202位于端子通道116的紧后方。电缆连接器202延伸到腔室140中，用于与电源电缆118电连接以及与电源电缆118热连接。电源电缆118在腔室140内联接到焊接垫242。在示例性实施例中，电源电缆118被超声焊接到焊接垫242，从而在端子114和电源电缆118之间产生低电阻对接。在其他各种实施例中，电源电缆118可以被压接或者以其他方式机械地和电气地端接到端子114。冷却***130在电缆连接器202的紧后面热联接到电源电缆118，以在冷却***130和电源电缆118之间限定小型连接。在各种实施例中，电缆热交换器300可以直接热联接到电源电缆118的外表面。在其他各种实施例中，电缆热交换器300可以诸如通过热界面材料、热油脂或另一种热桥间接地热联接到电源电缆118的外表面。
图5是根据示例性实施例的充电入口组件100的一部分的局部剖视图。图5示出了端接到一对端子114的一对电源电缆118。图5示出了冷却适配器131，其示出了在适配器主体133的空腔135内的电缆热交换器300热联接到空腔135内的电源电缆118。冷却适配器131可包括一个或多个接口密封件136，用于与壳体110(图2所示)对接和/或在冷却适配器131的分开的部件之间对接。例如，冷却适配器131可以是多件式适配器。电源电缆118穿过冷却适配器131后部的电缆出口137。冷却剂供应管线132从供应端口138延伸，并且冷却剂返回管线134从返回端口139延伸。电缆热交换器300联接到供应端口138和返回端口139，以将电缆热交换器300联接到冷却剂供应管线132和冷却剂返回管线134。冷却剂流过冷却剂管线132、134以传递来自电缆热交换器300的热量。
图6是根据示例性实施例的充电入口组件100的一部分的局部剖视图，示出了冷却适配器131和电缆热交换器300。图7是根据示例性实施例的充电入口组件100的一部分的局部剖视图，示出了冷却适配器131和电缆热交换器300。
电源电缆118延伸到冷却适配器131中，以端接到端子114。每个电源电缆118包括导体180和围绕导体180的护套182。导体180端接到电缆连接器202的焊接垫242。导体180可以是绞合导体或实心导体180。在电源电缆118的端接端184处，护套182的一部分被移除，以暴露导体180，以用于端接到端子114。在示例性实施例中，电缆热交换器300联接到电源电缆118的导体180的暴露部分处(例如，在护套182的端部的前方)。这样，电缆热交换器300热联接到导体180，以有效地消散来自导体180的热量，这消散了来自端子114的热量。
在示例性实施例中，电源电缆118包括围绕导体180的导热隔离件186。隔离件186由电绝缘但导热的材料制成。这样，隔离件186在导体180和电缆热交换器300之间有效地传递热量。导热隔离件186相对较薄，以允许导体180和电缆热交换器300之间的有效热传递。隔离件186还将电缆热交换器300与电源电缆118的导体180电绝缘，以防止电源电缆118的短路和/或由于意外接触电缆热交换器300而引起的冲击或损坏。在示例性实施例中，导热隔离件186与电源电缆118的导体180同轴。例如，导热隔离物186包裹在导体180周围。隔离件186可以由电绝缘且高导热的材料制成。隔离件186可以是导热环氧树脂、热塑性材料或热固性材料。隔离件186可以由氧化铍，氧化铝，氮化铝，氮化硼硅酮，陶瓷，Kapton，尼龙，聚酯等制成。隔离件186可以是预成型结构，诸如膜、垫、片、管、注塑成型件等。在其他各种实施例中，隔离件186可以原位施加，诸如油脂或糊剂。在各种实施例中，导热隔离件186是施加到电源电缆118的导体180的外表面上的热收缩管。导热隔离件186可以由掺杂的聚合物材料制成，例如具有添加到塑料材料中以增加热导率的导热材料的塑料材料。在替代实施例中，可以使用其他类型的导热、电绝缘材料。在示例性实施例中，使用诸如带、夹子、粘合剂等的紧固件188将隔离件186固定至电源电缆118。
在示例性实施例中，电缆热交换器300包括：歧管304，该歧管304具有穿过其中的冷却剂通道302；以及联接至歧管304的背板306。电源电缆118被配置为在背板306联接至歧管304时被按压在歧管304与背板306之间。可以使用紧固件、夹子、闩锁或其他固定特征将背板306固定到歧管304。隔离件186位于歧管304与导体180之间，并且可以定位于背板306与导体180之间。隔离件186将歧管304和背板306与电源电缆118的导体180电绝缘，以防止电源电缆118短路。
歧管304在供应侧310和返回侧312之间延伸。歧管304包括前部314和后部316。歧管304包括外端318和与外端318相对的内端320。内端320面对电源电缆118。在示例性实施例中，歧管304包括在内端320处的歧管接收部322，其接收电源电缆118。例如，歧管接收部322是凹形的，其曲率半径类似于电源电缆118的曲率半径。这样，内端320具有与电源电缆118对接的大表面积。歧管接收部322可以被成形为围绕电源电缆118以大约180°接合。在示例性实施例中，背板306包括与歧管接收部322对准的背板接收部324，以接收电源电缆118。在各种实施例中，背板306和歧管304的内端320可以大约360°地围绕在每个电源电缆118周围。当组装电缆热交换器300时，电源电缆118被按压在背板306和歧管304的内端320之间。
冷却剂通道302配置成用于与供应端口138和返回端口139以及供应冷却剂管线132和返回冷却剂管线134流体连通。冷却剂被引导通过冷却剂通道302以消散来自电缆热交换器300的歧管304的热量，以冷却电源电缆118，从而冷却端子114。在各种实施例中，冷却剂通道302具有圆形横截面。冷却剂通道302在供应侧310的入口330和返回侧312的出口332之间延伸。可选地，入口330可以带有螺纹(例如，内螺纹或外螺纹)以与供应冷却剂管线132螺纹联接，例如螺纹联接到供应冷却剂管线132的端部处的流体联接器334。出口332可以带有螺纹(例如，内螺纹或外螺纹)以与返回冷却剂管线134螺纹连接，例如螺纹联接到返回冷却剂管线134的端部处的流体联接器336。在示例性实施例中，冷却剂通道302沿纵向轴线延伸。然而，冷却剂通道302可沿非线性路径延伸，例如在替代实施例中为弯曲或蛇形路径。可选地，可以在供应侧310和/或返回侧312处设置密封件338，以在歧管304与流体联接器334、336和/或冷却适配器131之间对接。
图8是根据示例性实施例的电缆热交换器300的剖视图。歧管304的内端320面向电源电缆118并与电源电缆118对接。电缆热交换器300包括定位在冷却剂通道302中的容积位移元件350，以沿着冷却剂通道302的部段352(例如，沿着与电源电缆118对准的中心部段)减小冷却剂通道302的容积。在冷却剂通道302的减小的容积部段352中，冷却剂的流率增加。例如，在容积位移元件350与冷却剂通道302的内壁356之间的空间354中，流率增加。增加的流率增加了歧管304和冷却剂之间的热传递，从而降低了歧管304的温度，并且同样降低了电源电缆118和端子114的温度。
在示例性实施例中，容积位移元件350大致位于冷却剂通道302的中心，在容积位移元件350的相对侧上形成大致相等的空间354。然而，在替代实施例中，其他位置也是可行的。容积位移元件350可在容积位移元件350的前端和尾端具有斜坡表面358，以减小冷却剂通道302中的湍流。
图9是根据示例性实施例的电缆热交换器300的剖视图。电缆热交换器300在冷却剂通道302中包括喷嘴360。与冷却剂通道302的上游区段362和/或下游区段364相比，喷嘴360具有减小的尺寸(例如，减小的宽度)。喷嘴360减小了冷却剂通道302的面积，以增加通过喷嘴360的冷却剂的流率。在示例性实施例中，喷嘴360与电源电缆118对准。增加的流率增加了歧管304和冷却剂之间的热传递，从而降低了歧管304的温度，并且同样降低了电源电缆118和端子114的温度。
图10是根据示例性实施例的电缆热交换器300的剖视图。电缆热交换器300包括定位于冷却剂通道302中的热交换翅片370。热交换翅片370热联接至歧管304，并将热量从歧管304传递至冷却剂。例如，热交换翅片370可以与歧管304成为一体。热交换翅片370增加了与冷却剂热接触的电缆热交换器300的表面积，以增加电缆热交换器300的热效率。在示例性实施例中，热交换翅片370平行于通过冷却剂通道302的冷却剂流动方向延伸。在示例性实施例中，热交换翅片370可以近似等距地间隔开，从而在它们之间形成在热交换翅片370的相对侧上具有大致相等的宽度的空间。然而，在替代实施例中，其他位置和取向是可行的。热交换翅片370可在热交换翅片370的前端和尾端具有斜坡表面，以减少冷却剂通道302中的湍流。

Claims (10)

1.一种电源连接器(102)，包括：
壳体(110)，其在前部和后部之间延伸，所述壳体在所述后部处具有腔室(140)，所述壳体在所述前部和所述后部之间具有端子(114)通道；
联接到所述壳体的端子(114)，所述端子包括在所述端子的前部(210)处的配合销(200)和在所述端子的后部(212)处的电缆连接器(202)，所述配合销定位在所述端子通道(116)中以用于与充电连接器配合，所述电缆连接器定位于所述壳体的后部处的所述腔室内；
电源电缆(118)，其在所述端子的后部处端接到所述电缆连接器，所述电源电缆包括导体(180)；和
电缆热交换器(300)，其热联接到所述电源电缆的导体，所述电缆热交换器包括冷却剂通道(302)，以用于使冷却剂流过所述电缆热交换器，从而主动地冷却所述电源电缆的导体。
2.根据权利要求1所述的电缆连接器(102)，其中，所述电缆热交换器(300)包括形成所述冷却剂通道(302)的歧管(304)，所述冷却剂通道具有入口(330)和出口(332)，所述歧管在所述入口和所述出口之间提供冷却剂流。
3.根据权利要求1所述的电缆连接器(102)，其中，所述电缆热交换器(300)包括歧管(304)，所述歧管(304)形成有穿过所述歧管的冷却剂通道(302)，所述歧管具有内端(320)，所述内端(320)包括接收所述电源电缆(118)的歧管接收部(322)，所述电缆热交换器包括联接到所述歧管的内端的背板(306)，所述背板包括与所述歧管接收部对准并接收所述电源电缆的背板接收部(324)，所述电源电缆被压在所述背板和所述歧管的内端之间。
4.根据权利要求1所述的电缆连接器(102)，其中，所述电缆热交换器(300)包括歧管(304)，所述歧管(304)形成穿过所述歧管的冷却剂通道(302)，所述歧管限定散热器，以将热量从所述电源电缆(118)的导体(180)消散到流过所述歧管的冷却剂中。
5.根据权利要求1所述的电缆连接器(102)，其中，所述电缆热交换器(300)包括使所述电缆热交换器与所述电源电缆(118)的导体(180)电绝缘的导热隔离件(186)。
6.根据权利要求5所述的电缆连接器(102)，其中，所述导热隔离件(186)与所述电源电缆(118)的导体(180)同轴。
7.根据权利要求5所述的电缆连接器(102)，其中，所述导热隔离件(186)是施加到所述电源电缆(118)的导体(180)的外表面(188)的热收缩管。
8.根据权利要求5所述的电缆连接器(102)，其中，所述电源电缆(118)包括围绕所述电源电缆的导体(180)的护套(182)，所述电源电缆的端接端(184)具有所述护套被移除以暴露所述电源电缆的导体的一区段，所述导热隔离件(186)联接到所述电源电缆的导体，所述导热隔离件的厚度比所述护套的厚度薄。
9.根据权利要求1所述的电缆连接器(102)，其中，所述电缆热交换器(300)包括定位在所述冷却剂通道(302)中的容积位移元件(350)，以减小所述冷却剂通道的容积，并增加沿着所述容积位移元件通过所述冷却剂通道的冷却剂流率。
10.根据权利要求1所述的电缆连接器(102)，其中，所述电缆热交换器(300)包括延伸到所述冷却剂通道(302)中的热交换翅片(370)，以增加与冷却剂热接触的所述电缆热交换器的表面积，所述热交换翅片平行于冷却剂流动方向延伸而穿过所述冷却液通道。
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