用于电连接器的温度传感器组件的制作方法

用于电连接器的温度传感器组件
1.相关申请的交叉引用
2.本申请要求于2018年8月21日提交的标题为“reduced sensor time constant for hems connectors”的美国临时申请us62/720,501的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本文的主题总体上涉及用于电连接器的温度传感器组件。


背景技术：

4.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)的电池系统的充电入口组件的电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系统充电。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，端子和电力电缆经历温度升高，这可能会损坏充电入口组件的部件。
5.一些已知的充电入口组件利用与端子热连通的温度传感器来控制充电。温度传感器需要与端子电气隔离。已知的充电入口组件利用硅橡胶垫，该硅橡胶垫既用作耐气候密封(weather seal)，又用作将热量从端子传导至温度传感器的器件。硅橡胶垫将热量从端子表面传导至温度传感器。然而，硅橡胶垫在热流路径中提供热阻。热阻在端子达到特定温度的时间和温度传感器测量到该温度的时间之间产生显著的偏移误差。硅橡胶垫的热阻和热电容代表了较长的热时间常数，在销温度变化和温度传感器测得的温度变化之间引入了显著的时间延迟。


技术实现要素：

6.要解决的问题是提供一种成本有效且可靠的用于电连接器的温度传感器组件，其提供精确的温度感测和对温度变化的快速响应时间。
7.这个问题通过包括在前部和后部之间延伸的壳体的电连接器来解决。壳体在后部具有腔室，在前部和后部之间具有端子通道。电连接器包括联接到壳体的电力端子。电力端子包括位于电力端子的前部处的配合销和位于电力端子的后部处的电缆连接器。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。电连接器包括位于腔室内的温度传感器组件。温度传感器组件包括保持电力端子的密封垫。温度传感器组件包括由密封垫保持的热分流器。温度传感器组件包括联接到热分流器的温度传感器。密封垫具有接收电力端子的端子开口。密封垫是电绝缘的。密封垫热联接到电力端子，并且热联接到热分流器。密封垫具有第一热导率。热分流器具有高于第一热导率的第二热导率。温度传感器通过由密封垫和热分流器限定的热路径监控电力端子的温度。
附图说明
8.现在将参考附图通过示例的方式描述本发明：
9.图1是根据示例性实施例的包括电连接器的充电入口组件的前透视图。
10.图2是根据示例性实施例的充电入口组件的电力端子的侧视图。
11.图3是根据示例性实施例的充电入口组件的剖视图。
12.图4是根据示例性实施例的温度传感器组件的一部分的透视图，示出了密封垫和热分流器。
13.图5是根据示例性实施例的密封垫和热分流器的透视局部剖视图。
14.图6是充电入口组件的一部分的后透视图，示出了根据示例性实施例的温度传感器组件。
15.图7是充电入口组件的一部分的前透视图，示出了根据示例性实施例的温度传感器组件。
16.图8是根据示例性实施例的温度传感器组件的一部分的透视局部剖视图。
17.图9是根据示例性实施例的温度传感器组件的一部分的剖视图，示出了密封垫、热分流器、温度传感器和印刷电路板。
18.图10是根据示例性实施例的温度传感器组件的一部分的剖视图。
19.图11是根据示例性实施例的温度传感器组件的一部分的剖视图，示出了安装到壳体的温度传感器组件。
20.图12是根据示例性实施例的温度传感器组件的一部分的剖视图。
21.图13是根据示例性实施例的温度传感器组件的一部分的剖视图。
具体实施方式
22.图1是根据示例性实施例的包括电连接器102的充电入口组件100的前透视图。虽然电连接器102在本文中可以被描述为充电入口组件的一部分，但是应当认识到，电连接器102可以是另一种类型的电连接器。充电入口组件100用作车辆的充电入口，例如电动车辆(ev：electric vehicle)或混合电动车辆(hev：hybrid electric vehicle)。充电入口组件100的电连接器102被配置成与充电连接器(未示出)配合接收。在一个示例性实施例中，电连接器102被配置为除了ac充电连接器(例如sae j1772充电连接器)之外，还与dc快速充电连接器(例如sae组合ccs充电连接器)配合。
23.充电入口组件100的电连接器102包括壳体110，该壳体保持形成电连接器102的一部分的电力端子114。电力端子114电连接到对应的电力电缆118。电力端子114被配置为与充电连接器配合。电力端子114被接收在壳体110的端子通道116中，并在端子通道116中联接至壳体110。
24.在示例性实施例中，充电入口组件100包括温度传感器组件130(在图3中进一步示出)，用于在充电期间监控电力端子114的温度。充电连接器的充电速率基于电力端子114的温度被控制。例如，如果温度达到阈值温度，则充电速率可以减慢或者充电可以停止以防止对电力端子114的损坏。温度传感器组件130具有快速响应时间，以快速控制充电过程，从而防止对电力端子114的损坏。温度传感器组件130位于充电入口组件100的后侧，例如在充电入口组件100的内部内。
25.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。
26.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。盖126用于覆盖对应的电力端子114。充电入口组件100可包括联接至壳体110的后部的后盖128，后盖128封闭通向壳体110的后部的入口。电力电缆118可以穿过后盖128和/或穿过壳体110的侧面。
27.图2是根据示例性实施例的电力端子114的侧视图。电力端子114包括在电子端子114的前部210处的配合销200和在电力端子114的后部212处的电缆连接器202。电力端子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力电缆118。
28.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，诸如摩擦搅拌焊接、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被配置为通过压接到电力电缆118而被端接至电力电缆118。在其他各种实施例中，电缆连接器202通过其他工艺端接到电力电缆118，例如被焊接到电力端子114的后端处的焊接片。
29.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是螺纹加工的。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，配合销200包括在配合销200的末端218处的帽216。帽216由诸如塑料材料的介电材料制成。帽216使电力端子114在壳体110的前部处是接触安全的。
30.配合销200包括用于将配合销200安装在壳体110中的安装头220。在所示的实施例中，安装头220的直径大于配合销200的直径。在示例性实施例中，安装头220包括在安装头220的周围周向形成的闩锁槽222，诸如在安装头220的前端附近。在示例性实施例中，安装头220包括容纳密封件228的密封槽226。密封件228可以位于安装头220的后端附近。
31.电缆连接器202在安装头220的后方。在示例性实施例中，电缆连接器202包括在电力端子114的电缆端接端240处的压接筒232，该压接筒232被配置成接收电力电缆118。在替代实施例中，电缆连接器202可以包括焊接片。电缆连接器202包括外表面234。温度传感器组件130(如图3所示)可以热联接到外表面234，例如靠近在电力端子114的后部212处的电缆端接端240。
32.图3是根据示例性实施例的充电入口组件100的剖视图。图3示出了联接到壳体110的电力端子114中的一个。壳体110延伸至后部138，并且后盖128在后部138处联接至壳体110。壳体110在后部138处具有腔室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)，该电缆出口接收电力电缆118并允许电力电缆118离开腔室140。
33.电力端子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，用于与插入壳体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，以接合电力端子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向后拉出电力端子114。安装头220穿过端子通道116，并通过过盈配合与壳体110接合，以将电力端子114紧密地保持在端子通道116中。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。电力端子114延伸到腔室140中，并且电力电缆118端接到腔室140中的电力端子114。温度传感器组件130与腔室140中的电力端子114对接。在示例性实施例中，温度传感器组件130可以直接热联接到外表面234，以将热量从电力端子114直接传递到温度传感器组件130中。
34.温度传感器组件130包括保持电力端子114的密封垫300、由密封垫300保持的热分流器302、联接到热分流器302的温度传感器304以及联接到温度传感器304的印刷电路板306。在示例性实施例中，密封垫300是弹性体垫，例如硅橡胶垫。密封垫300被配置为安装到壳体110。可选地，密封垫300可以密封到壳体110。在示例性实施例中，密封垫300密封到电力端子114。密封垫300是电绝缘的，以将温度传感器组件130与电力端子114电绝缘。在示例性实施例中，密封垫300形成电力端子114和温度传感器304之间的热路径的一部分。密封垫300热联接到电力端子114，例如通过密封垫300和电力端子114之间的直接接合。
35.在示例性实施例中，热分流器302与密封垫300分离且分立。热分流器302由热导率高于密封垫300的材料的材料制成。在示例性实施例中，热分流器302由比密封垫300的材料具有更高扩散率的材料制成。这样，与在温度感测路径中仅利用密封垫而没有热分流器的温度传感器组件相比，热分流器302对温度变化具有更快的响应。温度传感器组件130因此在温度感测中具有较小的跟踪误差，以改善对温度变化的瞬态响应。热分流器302增强了电力端子114和温度传感器304之间的热传递，以降低沿着电力端子114和温度传感器304之间的热路径的热阻。热分流器302的高热导率和较高的热扩散率减少了温度传感器组件130的温度响应时间。在示例性实施例中，温度传感器304是电阻温度装置；然而，在替代实施例中可以使用其他类型的温度传感器。
36.图4是根据示例性实施例的温度传感器组件130的一部分的透视图，示出了密封垫300和热分流器302。图5是根据示例性实施例的密封垫300和热分流器302的透视局部剖视图。
37.密封垫300包括在前部310和后部312之间延伸的垫体308。密封垫300包括位于前部310的端子衬套314，端子衬套314具有接收对应的电力端子114的端子开口316(如图3所示)。端子开口316的数量可以对应于所提供的电力端子114的数量。在示例性实施例中，端子衬套314包括沿着限定端子开口316的内表面的肋318。肋318是可压缩的。端子开口316内的肋318被配置为密封到电力端子114。可选地，端子衬套314可以包括位于端子衬套314的外表面上的肋，该肋被配置为密封到壳体110(如图3所示)。在示例性实施例中，端子衬套314和/或垫体308直接接合电力端子114，以将密封垫300与电力端子114热联接。在其他各种实施例中，可以在电力端子114和端子衬套314和/或垫体308之间提供热界面材料。
38.在示例性实施例中，密封垫300包括接收热分流器302的分流器衬套320。例如，分流器衬套320包括接收热分流器302的分流器开口322。分流器衬套320从后部312延伸。分流
器衬套320可以附加地或替代地从前部310延伸。在示例性实施例中，分流器衬套320延伸至热分流器302的远端332。在各种实施例中，分流器衬套320可以覆盖热分流器302的远端332的一部分。在其他实施例中，热分流器302的远端332是未覆盖的，并且或者可以延伸超过分流器衬套320。热分流器302与密封垫300分离且分立。热分流器302可以被压入分流器衬套320中。在其他各种实施例中，密封垫300可以形成在热分流器302周围的适当位置。
39.热分流器302在基部端330和远端332之间延伸。基部端330联接到密封垫300，例如密封垫300的垫体308。远端332远离基部端330定位。远端332被配置成联接到温度传感器304。在各种实施例中，温度传感器304可以直接接合热分流器302的基部端332。在替代实施例中，可以在温度传感器304和远端332之间提供热界面材料。
40.热分流器302由具有高热导率和高热扩散率的材料制成。热分流器302布置在电力端子114和温度传感器304之间的热流路径中。在示例性实施例中，热分流器302是圆柱体。然而，在替代实施例中，热分流器302可以具有其他形状。例如，热分流器302可以是矩形、三角形、椭圆形、d形，或者具有其他形状或特征部，例如角度特征部，以增加热分流器302的表面积。热分流器302的横截面积和/或横截面形状可以沿着热分流器302的高度变化。热分流器302的形状可以提供热分流器302在密封垫300内的键合和/或热分流器302在密封垫300内在特定旋转取向的锁定。
41.在示例性实施例中，热分流器302由比密封垫300的材料具有更高热导率和更高热扩散率的材料制成。在各种实施例中，热分流器302的材料可以具有比密封垫300的材料更低的热阻。例如，热分流器302可由热导率约为140
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170w/m`k的氧化铝制成，而密封垫300可由热导率约为0.7w/m`k的硅橡胶制成。热分流器302的较高热导率沿着热传递路径产生较低的总热阻，这导致温度传感器304的温度测量较低。例如，与仅使用密封垫300而没有热分流器302的温度传感器组件相比，热分流器302的增加将热阻从大约78k/w降低到2.2k/w。
42.在示例性实施例中，热分流器302由热扩散率约为12.0mm2/s的氧化铝材料制成，密封垫300由热扩散率约为0.1mm2/s的硅橡胶制成。在替代实施例中，热分流器302和/或密封垫300可以由其他材料制成。
43.在示例性实施例中，热分流器302由电绝缘材料制成，以保持电力端子114和温度传感器304之间的电绝缘。热分流器302可以由除氧化铝之外的其他高导热材料制成，例如氮化铝、莫来石、导热塑料等。在其他各种实施例中，热分流器302可以由金属材料制成，例如铝或铜或陶瓷材料。
44.在示例性实施例中，热分流器302靠近端子开口316放置，因此靠近电力端子114。这样，穿过密封垫300的较低导热材料的热路径减少(例如，有效地最小化)，并且穿过热分流器302的较高导热材料的热路径增加(例如，有效地最大化)。在示例性实施例中，电力端子114和温度传感器304之间的大部分热路径通过热分流器302，与密封垫300相反。通过热分流器302的热路径具有一定长度，例如在热分流器302的顶部和底部之间。密封垫300具有热路径，该热路径具有在电力端子114和热分流器302之间的长度。在各种实施例中，热分流器302的热路径长度可以是密封垫300的热路径长度的大约10倍(在热分流器302和电力端子114之间的最接近区域处)。在示例性实施例中，热分流器302用作多个电力端子114(例如一对电力端子114)的热路径。热分流器302可以大致位于电力端子114之间的中心，以为两个电力端子114提供热路径。温度传感器304被配置为热联接到热分流器302，以感测两个电
力端子114的温度。然而，在替代实施例中，可以为每个电力端子114提供单独的热分流器302和对应的温度传感器304。
45.图6是充电入口组件100的一部分的后透视图，示出了根据示例性实施例的温度传感器组件130。图7是充电入口组件100的一部分的前透视图，示出了根据示例性实施例的温度传感器组件130。
46.温度传感器组件130包括密封垫300、热分流器302、印刷电路板306和联接到印刷电路板306的温度传感器304。印刷电路板306包括前部340和后部342。温度传感器304安装到印刷电路板306的前部340，并与热分流器302对准，使得当温度传感器组件130组装在壳体110内时，温度传感器304热联接到热分流器302。
47.在示例性实施例中，温度传感器组件130包括联接到印刷电路板306的后部342的传感器连接器344。传感器连接器344通过由印刷电路板306的迹线、过孔、焊盘等限定的传感器电路而电连接到温度传感器304。传感器连接器344可以焊接或压配到印刷电路板306。电线(未示出)可以从传感器连接器344延伸，例如延伸到充电入口组件100的控制电路。
48.印刷电路板306包括穿过其的端子开口350，端子开口350接收电力端子114。可选地，端子开口350可以被设置为大号尺寸以容纳电力端子114。在示例性实施例中，印刷电路板306包括端子开口350之间的桥352。桥352支撑温度传感器304。印刷电路板306包括接收壳体110的安装柱356的安装开口354。安装柱356支撑腔室140中的印刷电路板306。在替代实施例中可以使用其他类型的安装特征部。
49.在组装期间，电力端子114被装载到印刷电路板306中的端子开口350和密封垫300中的端子开口316中。电力端子114被装入壳体110中的端子通道116中。组装时，密封垫300可抵靠壳体110的后部138密封。可选地，端子衬套314可以延伸到端子通道116中，以抵靠壳体110密封。印刷电路板306被配置为在密封垫300的后方安装到壳体110。当组装时，温度传感器304联接到热分流器302。后盖128被配置成在温度传感器组件130后方安装到壳体110。后盖128可用于将印刷电路板306固定在腔室140内。
50.在充电操作期间，电流流过电力端子114。当电流流过电力端子114时，电力端子114被加热。温度传感器组件130用于监控电力端子114的温度。温度传感器组件130的温度传感器304通过由热分流器302和密封垫300限定的热路径与电力端子114热连通。热分流器302的较高热导率和较高热扩散率在温度传感器304和电力端子114之间提供了有效且高效的热路径。密封垫300提供电力端子114之间以及温度传感器304和电力端子114之间的电绝缘。
51.图8是根据示例性实施例的温度传感器组件130的一部分的透视局部剖视图。在所示实施例中，热分流器302是多件式热分流器(例如，开口销)。热分流器302包括第一热分流器构件360和第二热分流器构件362。第一热分流构件360定位成靠近接收第一电力端子114的第一端子开口316，第二热分流构件362定位成靠近接收第二电力端子114的第二端子开口316。第一热分流构件360限定了第一电力端子114和第一电力传感器304a之间的热路径。第二热分流构件362限定了第二电力端子114和第二电力传感器304b之间的热路径。这样，温度传感器组件130能够单独且独立地监控第一和第二电力端子114的温度。
52.在示例性实施例中，第一和第二热分流构件360、362都被接收在分流器衬套320中。在替代实施例中，密封垫300包括接收对应的热分流构件360、362的单独的分流器衬套
320。在示例性实施例中，第一热分流构件360通过热分离器364与第二热分流构件362分离。这样，热分流构件360、362之间的热传递被减少或最小化。热分离器364可以是位于热分流构件360、362之间的带(例如，聚酰亚胺带)或垫，并且与热分流器302一起装载到分流器衬套320中。热分离器364可用于将热分流构件360、362机械固定在一起。在其他各种实施例中，热分离器364可以与密封垫300和分流器衬套320成一体，例如与密封垫300和分流器衬套320共同模制。在各种实施例中，热分离器364可以包括热中断部366，例如形成在热分离器364中的切口或窗口。可选地，热中断部366可以包括在热分流构件360、362之间引入空气的空气间隙368。
53.图9是根据示例性实施例的温度传感器组件130的一部分的剖视图，示出了密封垫300、热分流器302、温度传感器304和印刷电路板306。温度传感器组件130安装在壳体110上。在图示的实施例中，与图8所示的分流器衬套相比，分流器衬套320相对较短。分流器衬套320沿着热分流器302在基部端330和远端332之间延伸较短距离。热分流器302在分流器衬套320的远端向后延伸。热分流器302的外表面未被覆盖并暴露在空气中，而不是完全被封装在密封垫300的分流器衬套320中。
54.在示例性实施例中，热界面材料370设置在热分流器302和密封垫300之间的界面处。例如，热界面材料370沿着分流器衬套320以及沿着接收热分流器302的基部端330的垫体308设置，并且热界面材料370可以是热油脂、热膏、相变蜡、热带或其他类型的热间隙填充物。
55.在示例性实施例中，热分流器302被挤压到密封垫300的开口中，以在热分流器302和密封垫300之间提供有效的机械和热界面。例如，当热分流器302被挤压到密封垫300中的热分流器开口中时，密封垫300可以抵靠热分流器302压缩。分流器衬套320在热分流器302上施加顺应性径向法向力，以将热分流器302保持在密封垫300中。可选地，热分流器302的基部端330可以是锥形的或倒角的，以引导热分流器302装载到密封垫300的开口中。密封垫300可以具有互补的形状，用于沿着热分流器302的表面区域的有效热传递。例如，密封垫300可以包括接收热分流器302的锥形基部端330的锥形座。在示例性实施例中，密封垫300可以在热分流器302上施加力，以将热分流器302向外按压抵靠温度传感器304。
56.图10是根据示例性实施例的温度传感器组件130的一部分的剖视图。在示例性实施例中，温度传感器组件130包括用于压缩密封垫300抵靠热分流器302的压缩构件372。压缩构件372接合密封垫300，以将密封垫300向内按压抵靠热分流器302。在图示的实施例中，压缩构件372是围绕分流器衬套320的压缩环，其将分流器衬套320向内按压抵靠热分流器302。在替代实施例中可以使用其他类型的压缩构件。
57.图11是根据示例性实施例的温度传感器组件130的一部分的剖视图，示出了安装到壳体110的温度传感器组件130。在示例性实施例中，壳体110包括井380。密封垫300的分流器衬套320延伸到井380中。限定井380的壁压缩分流器衬套320，并将分流器衬套320按压抵靠热分流器302。可选地，热分流器302的基部端330可以延伸到井380中，以在热分流器302和限定井380的壁之间的压缩分流器衬套320。
58.图12是根据示例性实施例的温度传感器组件130的一部分的剖视图。在示例性实施例中，分流器衬套320包括在分流器衬套320和热分流器302之间形成空气间隙386的凹部384。空气凹部减少了热分流器302在基部端330和远端332之间的热损失，通过温度传感器
304提供了更精确的温度读数，并减少了温度传感器304的响应时间。
59.图13是根据示例性实施例的温度传感器组件130的一部分的剖视图。在示例性实施例中，热分流器302的基部端330包括用于将热分流器302保持在密封垫300的热分流器开口中的保持特征部388。在组装过程中，保持特征部388可以卡扣到密封垫300中的热分流器开口中。在示例性实施例中，保持特征部388由围绕基部端330形成凹槽的底切部限定。保持特征部388可以接合密封垫300，以抵抗热分流器302相对于密封垫300的向前和向后运动。密封垫300中的热分流器开口可以具有与基部端330和保持特征部388互补的形状。密封垫300可以围绕基部端330和保持特征部388贴合，以采用基部端330和保持特征部388的形状。
60.在图示的实施例中，热分流器302的远端332隆起以与温度传感器304对接。远端332具有凸起的形状。可选地，热分流器302可以在远端332的中心最高，以与温度传感器304的中间部位对接。在替代实施例中，远端332可以具有其他形状。