用于连接器元件的冷却装置和用于高压应用的连接器元件
阅读说明：本技术 用于连接器元件的冷却装置和用于高压应用的连接器元件 (Cooling device for connector element and connector element for high voltage applications ) 是由 E.T.卢埃利希 M.利斯廷 于 2021-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于连接器元件的冷却装置以及用于高压(HV)应用的相关连接器元件。本发明还涉及一种用于安装高压连接器元件的方法。冷却装置(114)包括：冷却通道,冷却流体(126)在操作期间可以流过该冷却通道,以及支承元件(122),其保持冷却通道,其中冷却通道是与支承元件分开的部件,并且具有至少一个中空管道(210)的形状,中空管道(210)至少在支承元件(122)的圆周的一部分中围绕支承元件(122)接合。(The present invention relates to a cooling device for a connector element and an associated connector element for High Voltage (HV) applications. The invention also relates to a method for mounting a high-voltage connector element. The cooling device (114) comprises: a cooling channel through which a cooling fluid (126) may flow during operation, and a support element (122) holding the cooling channel, wherein the cooling channel is a separate component from the support element and has the shape of at least one hollow duct (210), the hollow duct (210) being joined around the support element (122) at least in a part of the circumference of the support element (122).)
技术领域
本发明涉及用于连接器元件的冷却装置和用于高压(HV)应用的相关连接器元件。本发明还涉及一种用于安装高压连接器元件的方法。
背景技术
在电动汽车中，需要具有大电缆横截面的HV连接器来驱动高压电池并为其充电。为了缩短充电时间或从电池获得所需的功率，HV系统中部分需要高电流密度。结果，在不利条件下，连接器中的温度可能会不允许地升高。然而，达到最高允许温度限制了可被传输的能量。被动冷却和提供足够大的电缆横截面可以解决此问题，但通常会导致连接器尺寸过大和材料成本过高。
因此，借助于冷却流体例如冷却液的主动冷却是有利的。然而，已知的具有集成冷却通道的连接器元件具有以下缺点：首先，它们不适合改装现有的连接器系统，其次，它们是难以制造的复杂部件。
因此，需要用于连接器元件的冷却装置以及相关的连接器元件，它们克服已知解决方案的缺点，使得所生产的连接器元件是安全可靠的，但仍可以廉价地制造并且几乎不需要安装空间。
发明内容
独立权利要求的目的满足了该任务。本发明的有利实施例是从属权利要求的目的。
本发明基于的思想是：通过提供独立的中空管道来实现具有最小额外空间需求的主动冷却，冷却流体在操作期间可以流过该中空管道，并且该中空管道附接到连接器元件。中空管道在下文中也称为冷却管线并形成冷却通道，该中空管道有利地放置在接触点附近(以下也称为“热点”)。如在汽车中已经可用的冷却流体例如冷却液吸收在连接器中产生的热量并将其传输到相应的散热器。结果，可以在不增加安装空间和成本的情况下实现特别有效的热管理以及因此有效的能量传输。
用于连接器元件的冷却装置尤其包括：冷却通道，冷却流体在操作期间可以流过该冷却通道；以及支承元件，其保持冷却通道，其中冷却通道是与支承元件分开的部件，并且具有至少一个中空管道的形状，该中空管道至少在支承元件的圆周的一部分中围绕支承元件接合。这样的中空管道例如设计为软管或管，并且放置成尽可能靠近连接器元件周围的热点。
中空管道可以仅缠绕在冷却装置连接器元件的圆周的一部分上，或者其可以围绕支承元件且因此围绕连接器元件的圆周缠绕多圈。如果中空管道以多圈围绕支承元件接合，则可以改善散热，因为连接器元件的较大区域可以与冷却流体进行导热连接。此外，多个分开的中空管道也可以并行运行。
根据有利实施例，中空管道包括导电材料。例如，中空管道可以包括金属材料，比如铜，并且可选地具有其他涂层。金属材料具有在连接器元件和冷却流体之间特别有效的热传输的优点。
为了确保连接器元件和中空管道之间的电绝缘，可以规定，支承元件至少部分地由电绝缘材料制成。当中空管道包括金属材料比如铜并且冷却流体是导电的时，这是特别有利的。例如，支承元件可以由滑动到连接器元件上的塑料套筒形成。
根据本发明的有利发展可以规定，支承元件构造为连接器元件的基体的整体部分。冷却管线直接缠绕在接触体上，例如用于中等冷却能力。特别地，如果基体是连接器元件的导电部分，比如接触插座，则该构造具有以下优点：可以以特别简单且节省空间的方式确保特别有效的散热。中空管道则应不导电。
特别地，当支承元件至少部分地导电时，有利的是由电绝缘但导热性良好的材料制成中空管道。
根据本发明的有利发展可以规定，支承元件具有管状形状并且形成冷却通道的中空管道保持在径向周向凹槽中。这确保即使在恶劣的环境条件下，比如振动和强烈的温度波动，也可以牢固地保持中空管道。
取决于是否需要电绝缘特性，中空管道可以例如至少部分地由铜或硅树脂制成。当然，也可以使用适于生产单独冷却管线的所有其他材料，比如聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。当然，也可以考虑复合软管，例如由金属、玻璃纤维或纺织编织物制成的衬里进行加固。
根据本发明的冷却装置的优点特别在将其用于具有导电基体的连接器元件时发挥作用，其中支承元件至少部分地围绕基体，使得冷却通道与基体导热连接。基体可以是例如连接器元件的接触元件，例如插座元件。
本发明还提供一种具有第一连接器元件和匹配的第二连接器元件的连接器系统，其中第一和第二连接器元件可以以导电方式彼此连接，并且至少一个连接器元件包括根据本发明的冷却装置。
此外，本发明涉及一种用于安装高压连接器元件的方法，该方法包括以下步骤：
为基体提供支承元件；
附接由支承元件保持的冷却通道，其中冷却通道是与支承元件分开的部件，并且具有中空管道的形状，该中空管道至少在支承元件的圆周的一部分中围绕支承元件接合。
如果支承元件具有套筒状套环，则现有高压连接器元件可以以特别简单的方式进行改装，该套环也可以称为适配器，并且滑动到基体上。如果基体是高压连接器元件的导电接触元件并且中空管道也由导电材料比如铜制成，则该套环还可以实现电绝缘功能。
可替代地，也可以规定，支承元件由容纳部构成，该容纳部构造为连接器元件的基体的整体部分。该实施例具有特别小的安装尺寸和最佳散热的优点。
如果附接冷却通道的步骤包括围绕支承元件缠绕至少一圈中空管道，则可以特别容易地改造现有连接器元件。
根据本发明的主动冷却有利地使用设置在上级单元中的冷却回路，连接器元件位于该上级单元中。该方法则还包括将中空管道连接至例如机动车辆的或在充电桩处的冷却回路的步骤。冷却解决方案也可以按照热管原理简单地工作，并提供填充有冷却剂的封闭中空管道在冷却元件处终止，以便冷却剂在连接器元件上蒸发并再次冷凝在用作散热器的冷却元件上。
附图说明
为了更好地理解本发明，将通过以下附图中示出的实施例来详细说明本发明。相同的元件在此用相同的附图标记和相同的部件名称表示。此外，示出和描述的不同实施例的一些特征或特征组合也可以是本身独立发明方案或根据本发明的解决方案，其中，
图1示出了根据第一示例的高压连接器系统的示意性截面图；
图2示出了根据第一示例的高压连接器系统的示意性透视图；
图3示出了根据第一示例的高压连接器系统的示意性分解图；
图4示出了根据第二示例的高压连接器系统的示意性截面图；
图5示出了根据第二示例的高压连接器系统的示意性透视图；
图6示出了根据第三示例的高压连接器系统的示意性截面图；
图7示出了根据第三示例的高压连接器系统的示意性透视图。
具体实施方式
下面将参考附图，特别是首先参考图1的示意性截面图和图2的透视图，对本发明进行更详细的说明。应当指出，尺寸比尤其是所有附图中的层厚比不一定按比例真实再现。此外，未示出对于理解不是必需的或无障碍的部件，特别是电绝缘壳体元件和保护盖。
这些图说明了在高压(HV)圆形连接器(例如直径为12mm)中使用的主动冷却解决方案的示例。当然，其他连接器几何形状也可以构造有根据本发明原理的冷却装置。此外，冷却装置也可以设置在两个连接器元件上或仅设置在第二连接器元件上，尽管这未在图中示出。换句话说，冷却装置不必一定(仅)与插座元件相关。
图1以截面图的形式示出了根据本发明第一有利实施例的连接器系统100。图2示出了根据第一实施例的连接器系统100的相应透视图。
连接器系统100包括构造为插座元件的第一连接器元件102。如图1所示，第一连接器元件102安装在壳体元件132中。此外，连接器系统100包括第二连接器元件104，其也可以称为配合连接器元件。第二连接器元件104包括导电的针形接触单元128，其浸入第一连接器元件的插座形基体118中。在当前示出的组装状态下，电流可以通过接触区域108流动，如箭头106所示。基体118通常连接到汇流排，其布置在图1中的基体的下部区域中(未示出)以汲取电流。
在组装状态下，第二连接器元件104在接触区域108中压靠在基体118上。结果，电流(电流箭头106)可以在导电的第二连接器元件104之间进入第一连接器元件102的基体118。
为了防止在未配合状态下接触第一连接器元件102的带电部分，在第一连接器元件102上布置了接触保护元件116。接触保护元件116由非导电材料制成。与塑料壳体(在图中不可见)相互作用时，接触保护元件116防止尺寸大于定义的测试指状件的物体能够接触带电部分。
根据本发明，连接器系统100包括用于耗散当电流流动时产生的热量的冷却装置114。
冷却装置114尤其包括由中空管道120形成的冷却通道。中空管道120保持在支承元件122中。根据图1至3所示的实施例的支承元件122是包括用于保持中空管道120的凹槽124的塑料套筒。
从图2明显看出，冷却剂126可以流过中空管道120。这可以是例如冷却流体，尤其是冷却液。由于中空管道120与基体118在距接触区域108相对较小距离处进行导热接触，因此穿过中空管道120的冷却剂126可以有效地带走产生的热量。冷却流体126可以例如连接至机动车辆的冷却液回路。
在所示的实施例中，由绝缘材料制成的支承元件122可以确保中空管道120与第一连接器元件102的基体118之间的电绝缘。因此，中空管道120的材料不必是电绝缘的。例如，中空管道120可以由诸如铜的金属制成。这具有特别好的导热性的优点。另外，即使在不利的环境条件下，铜管也相对稳定且坚固。
图3示出了根据第一示例的连接器系统100的分解图。从该视图明显的是，支承元件122可以沿轴向方向滑动到基体118上，以进行组件的组装。中空管道120可以在安装到基体上之前或之后插入凹槽124中。冷却装置114布置在具有减小的横截面的区域130中。这确保了在径向方向上所需的安装空间可以保持尽可能小。
在图1至3所示的实施例中，中空管道102以仅单圈围绕着支承元件122。该变型的优点在于，中空管道120可以以简单的方式安装并且在轴向方向上需要很少的额外空间。
另一方面，如果在中空管道和第一连接器元件之间设置较大的导热接触表面，则也可以规定中空管道以多圈围绕支承元件。这种解决方案的示例在图4和5中示出。
图4以截面图的形式示出了根据本发明的第二有利实施例的连接器系统200。图5示出了根据第二实施例的连接器系统200的相应透视图。
连接器系统200包括构造为插座元件的第一连接器元件202。第一连接器元件202安装在汇流排(在附图中不可见)中。此外，连接器系统200包括第二连接器元件204，其也可被称为配合连接器元件。在当前示出的组装状态下，电流可以流过接触区域208。
第一连接器元件202包括导电的基体218。在组装状态下，第二连接器元件204在接触区域208中压靠在基体218的内壁上。结果，电流可以在导电的第二连接器元件204之间进入第一连接器元件202的基体218。
为了防止在未配合状态下接触第一连接器元件202的带电部分，在第一连接器元件202上布置了接触保护元件216。接触保护元件216由非导电材料制成。与塑料壳体(在图中不可见)相互作用时，接触保护元件216防止尺寸大于定义的测试指状件的物体能够接触带电部分。
根据本发明，连接器系统200包括用于耗散当电流流动时产生的热量的冷却装置214。
冷却装置214尤其包括由中空管道220形成的冷却通道。中空管道220保持在支承元件222中。根据图4和5所示的实施例的支承元件222是包括用于保持中空管道220的凹槽224的塑料套筒。凹槽224在轴向方向上延伸得足够远，以便中空管道220可以围绕支承元件222缠绕多次。结果，与第一实施例相比，基体218和冷却管道之间的热传导过渡被扩大，结果散热效率增加。
如参照图1至3所述，冷却剂在操作期间流过中空管道220。例如，这可以是冷却流体，尤其是冷却液。由于中空管道220与基体218在距接触区域208相对较小距离处进行导热接触，因此穿过中空管道220的冷却剂可以有效地带走产生的热量。冷却流体可以例如连接至机动车辆的冷却液回路。
同样在所示的第二实施例中，由绝缘材料制成的支承元件222可以确保中空管道220与第一连接器元件202的基体218之间的电绝缘。因此，中空管道220的材料不必是电绝缘的。例如，中空管道220可以由诸如铜的金属制成。这具有特别好的导热性的优点。另外，即使在不利的环境条件下，铜管也相对稳定且坚固。
另一方面，如果电绝缘(但导热性良好)的材料用于中空管道，则支承元件也可以构造为第一连接器元件的导电基体的整体部分。这样的第三实施例的示例在图6和7中示出。
图6以截面图的形式示出了根据本发明的第三有利实施例的连接器系统300。图7示出了根据第三实施例的连接器系统300的相应透视图。
连接器系统300包括构造为插座元件的第一连接器元件302。第一连接器元件302安装在汇流排(在图中不可见)中。此外，连接器系统300包括第二连接器元件304，其也可以称为配合连接器元件。在当前示出的组装状态下，电流可以流过接触区域308。
第一连接器元件302包括导电的基体318。在组装状态下，第二连接器元件304在接触区域308中压靠在基体318的内壁上。结果，电流可以在导电的第二连接器元件304之间进入第一连接器元件302的基体318。
为了防止在未配合状态下接触第一连接器元件302的带电部分，在第一连接器元件302上布置了接触保护元件316。接触保护元件316由非导电材料制成。与塑料壳体(在图中不可见)相互作用时，接触保护元件316防止尺寸大于定义的测试指状件的物体能够接触带电部分。
根据本发明，连接器系统300包括用于耗散当电流流动时产生的热量的冷却装置314。
冷却装置314特别地包括由中空管道320形成的冷却通道。中空管道320保持在支承元件322中。根据图6和7所示的实施例的支承元件322是具有减小的横截面的区域330，其形成用于保持中空管道320的凹槽324。具有减小的横截面的区域330在轴向方向上延伸得足够远，使得中空管道320可以围绕支承元件322缠绕多次。结果，与第一实施例相比，基体318和冷却管道之间的热传导过渡被扩大，结果散热效率增加。由于中空管道320的安装与基体318一体地形成，因此可以建立与冷却流体的显著更紧密的导热接触，从而可以进一步改善热管理。另外，省略了安装例如构造为套筒的单独的支承元件。
如参照图1至5所述，冷却剂在操作期间流过中空管道320。例如，这可以是冷却流体，尤其是冷却液。由于中空管道320与基体318在距接触区域308相对较小距离处进行导热接触，因此通过中空管道320的冷却剂可以有效地带走产生的热量。冷却液例如可以连接至机动车辆的冷却液回路。
在所示的第三实施例中，中空管道320的材料必须至少部分地电绝缘，以确保冷却流体与第一连接器元件302的基体318之间的电绝缘。例如，中空管道320可以由塑料材料比如硅树脂制成。聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)可用作进一步的可能材料。当然，也可以考虑复合软管，例如由金属、玻璃纤维或纺织编织物制成的衬里进行加固。
图6和7示出了中空管道320围绕基体318缠绕多次以形成多圈。当然也可以仅提供单圈(类似于图1至3所示)。
附图标记列表
100、200、300连接器系统
102、202、302第一连接器元件
104、204、304第二连接器元件；配合连接器元件
106电流箭头
108、208、308接触区域
114、214、314冷却装置
116、216、316接触保护元件
118、218、318第一连接器元件的基体
120、220、320中空管道
122、222、322支承元件
124、224凹槽
126冷却流体
128、228、328针形接触单元
130、330具有减小的横截面的区域
132壳体元件。
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