阅读说明：本技术 具有模块化冷却特征的电连接器组件 (Electrical connector assembly with modular cooling features ) 是由 N·A·杜斯 T·马修斯 H·路易 W·C·洛维茨 P·J·里迪 于 2020-02-19 设计创作，主要内容包括：一种电连接器组件(10),上述电连接器组件(10)包括连接器壳体(16),上述连接器壳体(16)限定了至少两个电气端子(12)互连在其中的腔体(18)。连接器壳体(16)限定了构造成接纳盖(100)的开口,上述盖(100)构造成保护至少两个电气端子(12)并在腔体(18)内热管理热量。连接器壳体(16)可以构造成接纳多个不同盖构造(100)中的一个盖(100)构造。与多个不同盖构造(100)中的第二盖构造(200)相比,多个不同盖构造(100)中的第一盖构造(100)提供了不同的机构来热管理腔体(18)内的热量。(An electrical connector assembly (10), the electrical connector assembly (10) comprising a connector housing (16), the connector housing (16) defining a cavity (18) in which at least two electrical terminals (12) are interconnected. The connector housing (16) defines an opening configured to receive a cover (100), the cover (100) configured to protect the at least two electrical terminals (12) and thermally manage heat within the cavity (18). The connector housing (16) may be configured to receive one of a plurality of different cover configurations (100). A first cover construction (100) of the plurality of different cover constructions (100) provides a different mechanism to thermally manage heat within the cavity (18) than a second cover construction (200) of the plurality of different cover constructions (100).)

具有模块化冷却特征的电连接器组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年2月19日提交的美国临时专利申请第62/807,267号、2019年4月1日提交的美国临时专利申请第62/827,425号、2019年9月9日提交的美国临时专利申请第62/897,571号和2020年2月18日提交的美国专利申请第16/792,929号的权益，通过引用将其上每一个的全部公开内容并入本文。

技术领域

本发明涉及电连接器组件，特别是构造成容纳各种不同的模块化冷却特征的电连接器组件。

技术领域

本发明涉及电连接器，特别是构造成容纳各种不同的模块化冷却特征的电连接器。

背景技术

高功率电连接器组件、诸如用于电动汽车的快速充电系统的电连接器组件，必须设计为能够承载90千瓦或以上的电力。电连接器组件中电气端子元件之间的接触电阻可能导致电力损耗，上述电力损耗在连接器组件内转化为热能。这种热能会导致电连接器组件内的温度升高，如果超过热极限，可能会损坏组件。

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

根据本发明的第一实施方式，提供一种电连接器组件。电连接器组件包括连接器壳体，上述连接器壳体限定了至少两个电气端子互连在其中的腔体。连接器壳体限定腔体的开口，该开口构造成接纳构造成封围腔体的盖，从而保护至少两个电气端子并热管理腔体内的热量。

在具有先前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，连接器壳体还构造成接纳从多个不同的盖构造中选择的一个盖构造。与多个不同盖构造中的第二盖构造相比，多个不同盖构造中的第一盖构造提供了不同的机构来热管理腔体内的热量。

在具有先前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，多个不同盖构造中的第一盖构造被构造成被动地管理腔体内的热量，多个不同盖构造中的第二盖构造被构造成主动地管理腔体内的热量。

在具有先前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，多个不同盖构造中的第一盖构造被构造为利用气流来管理腔体内的热量，多个不同盖构造中的第二盖构造为利用流体流来管理腔体内的热量。

在具有先前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，盖包括从一个或多个冷却翅片、一个或多个热电冷却板、构造成接纳气流的一个或多个气流端口、以及构造成接纳液体冷却剂流的一个或多个液体端口组成的组中选择的至少一个热管理机构。

在具有先前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，上述盖包括冷却剂管，上述冷却剂管构造成承载流过其中的液体冷却液。冷却剂管具有液体入口端口和液体出口端口。

在具有先前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，上述冷却剂管的特征是沿着穿过盖的蛇形路径。

在具有先前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，电连接器组件还包括与至少两个电气端子中的一个热连通的电绝缘构件。电绝缘构件包括冷却剂通道，上述冷却剂通道构造成承载流过其中的液体冷却剂流。冷却剂通道具有液体入口端口和液体出口端口。该盖限定了一个孔，液体入口端口和液体出口端口通过该孔离开腔体。

在具有先前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，液体入口端口和液体出口端口与电动车辆的液体冷却系统互连。

在具有先前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，盖的内表面限定了构造成引导腔体内气流的挡板。

在具有先前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，气流入口端口与电动车辆的气流产生装置互连。

在具有先前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，盖由导热材料形成。

在具有先前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，腔体填充有与盖热连通的导热灌封材料。

在具有先前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，腔体填充有与盖热连通的相变材料。

根据本发明的第二实施方式，提供了一种电连接器组件。电连接器组件包括连接器壳体，上述连接器壳体限定了至少两个电气端子互连在其中的腔体。连接器壳体限定了腔体的开口。电连接器组件还包括用于封围腔体的装置，从而保护至少两个电气端子和用于热管理腔体内的热量的装置。

在具有先前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，用于热管理腔体内的热量的装置是用于管理腔体内的热量的主动装置。

在具有先前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，用于热管理腔体内的热量的装置是用于管理腔体内的热量的被动装置。

根据本发明的第三实施方式，提供了一种组装电连接器组件的方法。该方法包括提供限定其中至少两个电气端子互连的腔体的连接器壳体的步骤。连接器壳体限定腔体的开口，上述开口构造成接纳构造成封围腔体的盖，从而保护至少两个电气端子并热管理腔体内的热量。该方法还提供了从多个不同的盖构造中选择一个盖构造的步骤。与多个不同盖构造中的第二盖构造相比，多个不同盖构造中的第一盖构造提供了不同的机构来热管理腔体内的热量。该方法还提供了在连接器壳体的开口内配置一个盖构造的步骤。

在具有先前段落的方法的一个或多个特征的示例性实施方式中，多个不同的盖构造包括从由冷却翅片、热电冷却板、构造成接纳气流的气流端口、以及构造成接纳液体冷却剂流的液体端口组成的组中选择的至少一个热管理机构。

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是根据本发明的一个实施方式的电连接器组件的前视立体图；

图2是图1的电连接器组件的分解立体后视图，其示出了根据本发明的一个实施方式的多个不同盖构造；

图3是根据本发明的一个实施方式的图1的电连接器组件的连接器壳体中的开口的放大立体后视图；

图4是根据本发明的一个实施方式的图1的电连接器组件的立体左视图，其示出了盖，该盖具有穿过盖的冷却剂管；

图5是根据本发明的一个实施方式的图4的电连接器组件的立体右视图；

图6是根据本发明的一个实施方式的图4的电连接器组件的立体后视图；

图7是根据本发明的一个实施方式的图6的盖的立体仰视图；

图8是根据本发明的一个实施方式的图4的电连接器组件的冷却剂管与电动车辆的冷却系统互连的示意图；

图9是根据本发明的一个实施方式的包括热电装置的图4的电连接器组件的分解图；

图10是根据本发明的一个实施方式的图1的电连接器组件的分解图，其示出了具有由一对液体端口端接的冷却剂通道的构件；

图11根据本发明的一个实施方式的是图10的电连接器组件的立体左视图，其示出了盖，该盖具有穿过盖中的孔延伸的一对液体端口；

图12是根据本发明的一个实施方式的图1的电连接器组件的立体右视图，其示出了盖，该盖具有穿过盖的一对气流端口；

图13是根据本发明的一个实施方式的图12的电连接器组件的局部分解图，其示出了一对端子之间的互连和盖；

图14是根据本发明的一个实施方式的图12的电连接器组件的盖的立体仰视图，其示出了挡板；

图15是根据本发明的一个实施方式的图1的电连接器组件的立体后视图，其示出了盖，该盖具有从盖延伸出的多个冷却翅片；

图16是根据本发明的一个实施方式的图15的电连接器组件的剖视图；

图17是根据本发明的一个实施方式的电连接器组件的分解立体图；

图18是根据本发明的一个实施方式的图17的电连接器组件的液体冷却板的单独的视图；

图19是根据本发明的一个实施方式的在传导500安培时图18的液体冷却板的分解图；

图20是根据本发明的一个实施方式的图17的电连接器组件的剖视图；

图21是根据本发明的一个实施方式的图17的各部件电连接器组件在传导500安培时的温度图；

图22是根据本发明的一个实施方式的图17的各部件电连接器组件在传导600安培时的温度图；

图23是与根据本发明的一个实施方式的替代冷却系统相比，图17的各部件电连接器组件的温度图；

图24A是根据本发明的一个实施方式的图18的液体冷却板的温度梯度俯视图；以及

图24B是根据本发明的一个实施方式的图18的液体冷却板的温度梯度仰视图。

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。在其它情况下，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16示出了体现本发明特征的电连接器组件的非限制性示例。电连接器组件(以下称为组件10)的所示示例用作电动车辆的充电端口。如本文所用，术语“电动车辆”可以指仅由电动机驱动的纯电车辆或由电动机与内燃机组合地驱动的混动车辆。如图所示，组件10符合美国汽车工程师学会(SAE)的规范J1772组合充电系统。如图1所示，组件10具有用于车辆蓄电池的低功率交流电(AC)充电的电气端子12和用于车辆蓄电池的高功率直流电(DC)充电的一对直流端子14的组合。其他充电端口标准、诸如日本电动车充电协会(CHAdeMO)发布的标准，使用类似的一对直流端子。

如图2所示，该组件包括连接器壳体(以下称为壳体16)，该连接器壳体限定了腔体18，直流端子14配置在该腔体中。如参考图3、图8和图16可知，直流端子14与将组件10连接至车辆的电池组22的绝缘电线电缆的电缆端子20互连。直流端子14承载90千瓦或更高的功率水平，其可导致在电池充电操作期间腔体18内的温度升高。组件10还包括构造成封围腔体18的盖，从而保护直流端子14和电缆端子20。该盖还构造成通过从腔体18中去除热能来热管理腔体18内的热量。

壳体16设计成用于接纳和容纳多个不同的盖构造100、200、300、400、500。每个盖构造100、200、300、400、500使用不同的热管理机构来热管理腔体18内的热量。盖构造100、200、300、400、500包括：主动热管理(处理)机构，诸如构造成在腔体18内接纳液体冷却剂流的一个或多个液体端口端口、一个或多个热电冷却板、和/或构造成在腔体18内接纳气流的一个或多个气流端口；和/或被动热管理(处理)机构诸如从盖500伸出的一个或多个冷却翅片502。

在如图4-图8所示的具有主动热管理机构的第一盖构造100中，盖100包括主动热管理系统，上述主动热管理系统表征为封围的冷却剂管102，该冷却剂管102构造成承载流过盖100的液体冷却剂。冷却剂管具有与车辆冷却系统24互连的液体入口104和液体出口106，车辆冷却系统24例如为冷却车辆电池组22和/或车辆电力电子设备的液体冷却系统，如图8所示。车辆的冷却系统24包括泵或其他流体移动装置，其使液体冷却剂流过冷却剂管。如图4、图6和图7所示，冷却剂管沿着蛇形路径穿过盖，从而增加冷却剂管的长度，并增加流过盖的冷却剂可从腔体18吸收的热能的量。该盖可以优选地形成在具有高导热性的材料上，诸如铝或铜基材料，以在腔体18与液体冷却剂之间提供足够的热传递。替代地，该盖可以由导热聚合物形成。

根据图9所示的具有主动热管理机构的第二盖构造200，盖200包括热电装置202，上述热电装置202使用珀尔帖效应(Peltier effect)来主动地冷却腔体18。向热电装置202施加电压，使得热电装置202的面向腔体18内的一侧204被冷却，而热电装置202的面向外的另一侧206由于从冷却侧204去除的热能而被加热。热电装置202可以用作组件10中的唯一热管理机构，或者与所描述的盖构造100、300、400、500中的任何一个组合。

在图10和图11所示的具有主动热管理机构的第三盖构造300中，组件10还包括电绝缘端子位置保证(TPA)构件302，上述构件302封围直流端子14的一部分并且与直流端子14热连通。TPA构件302包括冷却剂通道，该冷却剂通道构造成承载流过TPA构件302的液体冷却剂。TPA构件302提供直接从直流端子14去除热能的益处，该直流端子14是腔体18内的主要热源之一。冷却剂通道具有与车辆冷却系统24互连的液体入口端口304和液体出口端口306，车辆冷却系统24例如为冷却车辆电池组22和/或车辆电力电子设备的液体冷却系统，类似于图8的所示。车辆的冷却系统24包括使液体冷却剂流过冷却剂管的泵。盖300限定了孔308，液体入口端口304和液体出口端口306通过该孔离开腔体18。在替代实施方式中，液体入口端口304和液体出口端口306可以与专用于冷却组件10的冷却系统互连。

图12-图14中示出了具有主动热管理机构的第四盖构造400。盖400与腔体18进行气动和热连通。盖400包括：气流入口端口402，车辆环境温度下的气流通过该入口端口402进入腔体18；以及气流出口端口404，气流通过该出口端口404从腔体18排出。气流入口端口402与车辆的气流产生装置、诸如涵道式风扇互连。通过腔体18的气流从腔体18去除部分热能，从而降低腔体18内的温度。盖400的内表面限定挡板406，该挡板406构造成引导腔体18内的气流。挡板406还包括有助于在腔体18内产生湍流气流的弧形表面408。盖400和挡板406可以优选地由介电聚合物材料形成，以避免腔体18内的任何端子与挡板406之间的接触导致短路。

图15和图16示出了具有被动热管理机构的第五盖构造500。盖500由诸如铝或铜基材料的导热材料形成，并且具有从盖500伸出的多个平行冷却翅片502。替代地，盖500可以由导热聚合物形成。在该构造中，腔体18填充有介电导热灌封材料504，诸如与盖500热连通的环氧或硅基材料。可以在盖500的内表面506与灌封材料504之间涂布硅酮热油脂。

在替代实施方式中，腔体18可以填充有介电相变材料(PCM)。PCM是一种具有高熔融热的物质、例如石蜡或脂类。PCM在几乎恒定的温度下熔化和固化，可以储存和释放大量的热能。当电力流过端子14、20时，随着PCM逐渐从固态变为液态，热量在腔体18中被吸收，然后当电力不再流过端子14、20时，随着PCM从液态变回固态，热量逐渐通过盖500释放。

所使用的灌封材料504和相变材料必须具有高于组件10所连接的车辆充电系统的充电电压的击穿电压。

可以设想组合上述各种元件的组件10的替代实施方式。例如，第五盖构造500的热灌封材料504或PCM可并入第一盖构造100、第二盖构造200或第三盖构造300中。在替代实施方式中，第五盖构造500的冷却翅片502可以集成到第一盖构造100、第二盖构造200、第三盖构造300或第四盖构造400中。

在图17至图24B所示的具有主动热管理机构的第六盖构造600中，盖600与直流端子14紧密接触，并且与腔体18内的直流端子14热连通。如图18所示，盖600包括顶盖626，上述顶盖626具有液体入口端口604和液体出口端口606，它们与车辆冷却系统24互连，车辆冷却系统24例如为冷却车辆电池组22和/或车辆电力电子设备的液体冷却系统，类似于图8所示那样。车辆的冷却系统24包括使液体冷却剂流过冷却剂管的泵。在替代实施方式中，液体入口端口604和液体出口端口606可以与专用于冷却组件10的冷却系统互连。顶盖626可以有利地由聚合物材料形成，以减轻顶盖626的重量，并且与金属顶盖626相比可提供更好的电隔离。

如图19所示，盖600还包括底盖628，上述底盖628限定了具有多个冷却翅片630的冷却剂通道，该冷却翅片630限定了多个冷却剂通道632，如图20最佳地所示，液体冷却剂通过该通道632从液体入口端口604流向液体出口端口606。底盖628可以有利地由金属材料形成，以优化冷却翅片630与液体冷却剂之间的热传递。如图20所示，底盖628与直流端子14紧密接触。底盖628还包括：与直流端子14直接接触的介电热界面材料层634、和介电热界面材料层634和冷却剂通道632中间的附加介电材料层636。介电热界面材料层634和附加介电材料层636在直流端子14与金属底盖628之间提供稳定的电隔离。

盖600还包括顶盖626与底盖628之间的主冷却剂密封件638、和盖600和腔体18之间的辅助密封件640，以确保液体冷却剂不会进入腔体18。液体冷却剂进入腔体18可能导致直流端子14之间短路。

盖600的冷却性能的实验结果如图21-图24所示。图21示出了当组件10以500安培的电流操作时，电气端子12中的一个的温度642、端子14中的一个的温度644和入口冷却剂温度646。图22示出了当组件10以500安培的电流操作时，电气端子12中的一个的温度648、端子14中的一个的温度650和入口冷却剂温度652。.图23示出了当组件10在类似的工作条件下，具有被动冷却的盖、诸如盖100的端子14中的一个温度656和电气端子12中的一个的温度654与，电气端子12中的一个的温度658、端子14中的一个的温度660和进口冷却剂温度662的比较。图24A示出了当耗散功率为100瓦时，顶盖626的液体出口端口606与液体入口端口604之间的热梯度。图24B示出了当耗散功率为100瓦时，端子14与顶盖626之间的热梯度。

可以设想包括如上所述的几个实施方式的特征的替代实施方式。下面的表1描述了至少一些可能的组合。

表1-盖构造

尽管所示的电连接器组件10的示例是车辆充电端口，但是本发明的其他实施方式可以设想用于许多其他类型的电连接器组件。

因此，提供了电连接器组件10。组件10提供了热管理组件10的温度的益处。组件10还提供一个共同壳体16，该壳体16接受具有不同热管理机构的盖构造100、200、300、400、500、600的数量，允许基于热负荷和冷却基础设施、例如液体冷却剂可用性、气流可用性来定制组件10，以用于组件10的特殊应用。

虽然已经根据本发明的优选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具体的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各种其它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。

如此处使用的，“一个或多个”包括由一个元件执行的功能、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，在不脱离各种上述实施方式的范围的情况下，第一接触可以被称为第二接触，并且类似地，第二接触可以被称为第一接触。第一触件和第二触件都是触件，但是它们不是相同的触件。

在本文的各种实施方式的描述中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不是旨在限制。如已描述的各个实施方式中使用到的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“这个(the)”意在同样包括复数形式，除非上下文明确指出了其它情形。还应当理解术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何和所有组合。还应理解的是，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它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。

在本文中所使用，术语“如果”可选地被解释为表示“当……时”或“在......时”或“响应于决定”或“响应于检测”，取决于上下文。类似地，短语“如果决定”或如果检测到“[已述的条件或事件]”可选地被解释为表示“在决定......时”或“响应于决定”或“在检测到[上述条件或事件]时”或“响应于检测到[上述的条件或事件]，取决于上下文。”

另外，虽然本文可使用条例或方向的术语，但这些元件不应受这些术语的限制。除非另有说明，否则所有条例或取向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，否则不表示任何特定顺序、操作顺序、方向或取向。