液体冷却的电连接器的制作方法

1.本公开总体上涉及电连接器，并且更具体地涉及包括集成液体冷却回路的电连接器。


背景技术：

2.电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆由一个或多个牵引电池组供电的电机选择性地驱动。作为内燃发动机的替代或与其相组合地，电机可以推进电动化车辆。许多电动化车辆，诸如插电式混合动力电动车辆(phev)和电池电动车辆(bev)，包括用于在电动化车辆的充电部件和动力传动系统部件之间可靠地连接和传输电力的多个高电流电连接器。


技术实现要素：

3.根据本公开的示例性方面的一种电连接器除了其他之外还包括壳体和在所述壳体内延伸的汇流条。所述壳体包括集成冷却回路，所述集成冷却回路包括邻近所述汇流条设置的热交换器通道。所述热交换器通道被配置为接收用于对流地冷却所述汇流条的流体。
4.在前述电连接器的另外的非限制性实施例中，所述壳体包括导热聚合物，其包括传导性填料。
5.在前述电连接器中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述传导性填料包括氮化铝或氮化硼。
6.在前述电连接器中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述热交换器通道包括多个热传递增强特征。
7.在前述电连接器中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述多个热传递增强特征被配置为轴向肋、销或晶格结构。
8.在前述电连接器中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述集成冷却回路包括连接到所述热交换器通道的入口接合通路和出口接合通路。
9.在前述电连接器中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述入口接合通路连接到形成在所述壳体内部的入口通路，并且所述出口接合通路连接到形成在所述壳体内部的出口通路。
10.在前述电连接器中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述集成冷却回路并入所述壳体中，而不使用单独的机械紧固件。
11.在前述电连接器中的任一者的另外的非限制性实施例中，灌封化合物设置在所述热交换器通道与所述汇流条之间的间隙中。
12.在前述电连接器中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述集成冷却回路包括多个热交换器通道。
13.根据本公开的另一个示例性方面的一种电动化车辆除了其他之外还包括电动化
动力传动系统部件和连接到所述电动化动力传动系统部件的电连接器。所述电连接器包括壳体、汇流条和在邻近所述汇流条的位置处设置在所述壳体内部的集成冷却回路。所述集成冷却回路的热交换器通道被配置为接收用于对流地冷却所述汇流条的流体。
14.在前述电动化车辆的另外的非限制性实施例中，所述电连接器是所述电动化车辆的充电端口总成的一部分。
15.在前述电动化车辆中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述电动化动力传动系统部件是车载充电器模块、牵引电池组、电力电子模块或电机。
16.在前述电动化车辆中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述壳体包括导热聚合物，其包括传导性填料。
17.在前述电动化车辆中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述传导性填料包括氮化铝或氮化硼。
18.在前述电动化车辆中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述热交换器通道包括多个热传递增强特征。
19.在前述电动化车辆中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述多个热传递增强特征被配置为轴向肋、销或晶格结构。
20.在前述电动化车辆中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述集成冷却回路包括连接到所述热交换器通道的入口接合通路和出口接合通路。
21.在前述电动化车辆中的任一者的另外的非限制性实施例中，所述入口接合通路连接到形成在所述壳体内部的入口通路，并且所述出口接合通路连接到形成在所述壳体内部的出口通路。
22.在前述电动化车辆中的任一者的另外的非限制性实施例中，灌封化合物设置在所述热交换器通道与所述汇流条之间的间隙中。
23.前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各个方面或相应的单独特征中的任一者)可以独立地或以任何组合采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
24.根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得明显。随附于具体实施方式的附图可如下简要描述。
附图说明
25.图1示意性地示出了电动化车辆的电动化动力传动系统的选定部分。
26.图2示意性地示出了图1的电动化车辆的充电端口总成。
27.图3示出了示例性高电流电连接器。
28.图4示出了图3的高电流电连接器的集成冷却回路。
29.图5示出了根据本公开的示例性实施例的图4的集成冷却回路的热传递增强特征。
30.图6示出了根据本公开的另一个示例性实施例的图4的集成冷却回路的热传递增强特征。
31.图7示出了根据本公开的又一个示例性实施例的图4的集成冷却回路的热传递增强特征。
具体实施方式
32.本公开描述了用于连接电动化车辆的部件或任何其他类型的电力连接/电力传输系统的部件的液体冷却的高电流电连接器。示例性高电流电连接器包括集成冷却回路，其采用用于循环流体以对流地冷却连接器的汇流条的热交换器通道。在本具体实施方式的以下段落中更详细地论述本公开的这些和其他特征。
33.图1和图2示意性地示出了电动化车辆10。电动化车辆10可以包括任何类型的电动化动力传动系统。在一个实施例中，电动化车辆10是电池电动车辆(bev)或插电式混合动力电动车辆(phev)。因此，尽管在此实施例中未具体示出，但电动化车辆10可以配备有内燃发动机，所述内燃发动机可单独使用或与其他能源组合使用以推进电动化车辆10。
34.图1的电动化车辆10被示意性地示为轿车。然而，本公开的教导可以应用于任何类型的车辆，包括但不限于轿车、卡车、厢式货车、运动型多功能车辆(suv)等。尽管在本公开的附图中示出特定部件关系，但是这些图示不旨在限制本公开。电动化车辆10的各种部件的放置和取向被示意性地示出，并且可以在本公开的范围内变化。此外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以强调特定部件的某些细节。此外，如本领域普通技术人员将认识到的，本文描述的各种概念不限于电动化车辆的领域，并且可以适用于任何电力连接/电力传输系统。
35.在示出的实施例中，电动化车辆10是仅通过电力(诸如通过一个或多个电机12)推进的纯电动车辆，而无需内燃发动机的任何辅助。电机12可作为电动马达、发电机或两者来操作。电机12接收电力，并向电动化车辆10的一个或多个驱动轮14提供旋转输出扭矩。
36.电压总线16通过电力电子模块25将电机12电连接到牵引电池组18。牵引电池组18是示例性电动化车辆牵引电池。牵引电池组18可以是高压牵引电池组，其包括能够输出电力以操作电机12和/或电动化车辆10的其他电气负载的多个电池阵列20(即，电池总成或可再充电电池单元的群组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用于为电动化车辆10供电。
37.电力电子模块25可以包括充电器、dc-dc转换器、马达控制器(其可以被称为逆变器系统控制器或isc)等，并且被配置为在牵引电池组18和电机12之间双向传输电能。例如，牵引电池组18可以提供dc电压，而电机12则可以经由三相ac电压操作。电力电子模块25可以根据电机12的需求将dc电压转换成三相ac电压。电力电子模块25还可以将牵引电池组18的高压dc输出转换为与车辆辅助负载兼容的低压dc电源。
38.有时，可能需要或期望对牵引电池组18的能量存储装置进行充电。因此，电动化车辆10可以配备有充电端口总成22(有时称为车辆入口总成)，以用于对牵引电池组18的能量存储装置(例如，电池单元)进行充电。充电端口总成22是可在电动化车辆10内利用的一种示例性类型的高电流电连接器。
39.电动车辆供电装备(evse)24可以可操作地连接在充电端口总成22和外部电源26之间以在它们之间传输电力。在一个实施例中，外部电源26包括公用电网。在另一个实施例中，外部电源26包括替代性电源，诸如太阳能、风能等。在再一个实施例中，外部能量26包括公用电网电源和替代性电源的组合。外部电源26可以位于用户的家、公共充电站等处。
40.evse 24可以包括充电器耦合器28，其可以耦合到充电端口总成22的入口端口30(参见图2)以从外部电源26对电动化车辆10的牵引电池组18充电。evse 24的电缆32可以连
接在充电器耦合器28与可操作地连接到外部电源26的电源插座或充电站之间。
41.示例性充电端口总成22的入口端口30可以被配置为从外部电源26接收ac电力。在另一实施例中，充电端口总成22的入口端口30被配置为从外部电源26接收dc电力。在又一个示例中，入口端口30是被配置为从外部电源26接收ac电力、dc电力或两者的组合式ac/dc充电端口。因此，evse 24可以被配置为提供任何级别的充电(例如，1级、2级、dc快速充电等)。
42.充电端口总成22可以电气地连接到车载充电器模块(obcm)34。车载充电器模块34被配置为调节从evse 24供应的电力以向牵引电池组18提供适当的电压和电流水平。
43.可以利用多个高电流电连接器36来连接电动化车辆10的电动化动力传动系统的各种部件。高电流电连接器36与各种电缆和线束(未示出)相结合地使得能够在电动化车辆10的充电部件和动力传动系统部件之间进行电力的连接和传输。
44.充电速度是与对电动化车辆充电相关联的常见问题。随着车辆牵引电池变得越来越大，在相同的时间量内需要更多的电力来对牵引电池组充电。满足增加的电力要求所需的电流水平可能会产生大量的热量。因此，需要热管理解决方案来管理在高电流充电速率期间生成的热量。因此，本公开描述了能够在电力连接/传输系统内实现更高充电速率的液体冷却的高电流电连接器。
45.图3示出了示例性高电流电连接器36。可以采用高电流电连接器36以用于图1的电动化车辆10内，或涉及高电流电力传输的任何其他电力连接/电力传输系统内。换句话说，本公开的高电流电连接器36可以具有电动化车辆领域之外的适用性。
46.高电流电连接器36可以包括壳体38和在壳体38内延伸的一个或多个汇流条40。汇流条40是高电流电连接器36的载流构件。尽管在附图中示出了两个汇流条40，但是在本公开的范围内，高电流电连接器36可以包括更多或更少数量的汇流条40。
47.在一个实施例中，壳体38是聚合物结构，并且汇流条40是金属结构。然而，壳体38和汇流条40的尺寸和形状不旨在限制本公开。
48.壳体38可以是由导热聚合物制成的单件式结构。导热聚合物被配置为将热量从汇流条40传导到壳体38中，同时还使汇流条40与附近的金属部件电绝缘。在实施例中，导热聚合物是聚合物(例如，聚丙烯或其他合适的聚合物)，其加载有传导性填料，诸如氮化铝或氮化硼。然而，在本公开的范围内还设想了其他材料。在一个实施例中，传导性填料可以将聚合物的传导性增加二十倍或更多倍。为了用传导性填料“加载”聚合物，当对导热聚合物进行复合时，可以将一定重量百分比的传导性填料添加到挤出机中。
49.汇流条40可以是被配置为传导电流的通过冲压形成的相对薄的金属条带。示例性汇流条材料包括铜、黄铜或铝，但是其他传导性材料也可以是合适的。在一个实施例中，汇流条40是具有相对高的安培容量的高电流汇流条。
50.在电流承载状态期间，汇流条40可能生成相对大量的热量。因此，高电流电连接器36的壳体38可以包括集成冷却回路42。如下面进一步解释的，集成冷却回路42可以包括适于循环流体f以作为例如对流热传递过程的一部分从汇流条40移除热量的一系列互连的通道和通路。集成冷却回路42是“集成的”，因为它一体地形成为壳体38的一部分，而不是必须固定地固定到壳体38的单独结构。因此，集成冷却回路42被并入壳体38中，而无需使用单独的机械紧固件，诸如，例如，螺钉或螺栓。
51.循环通过集成冷却回路42的流体f可以是与乙二醇或任何其他合适的冷却剂混合的水。流体f可以作为闭合的热管理回路的一部分进行传送。在一个实施例中，流体f从电动化车辆10的电池冷却回路或hvac冷却回路传送。在另一个实施例中，流体f作为高电流电连接器36的专用冷却回路的一部分进行传送。
52.现在参考图3和图4，集成冷却回路42可以包括邻近每个汇流条40设置的一个或多个热交换器(例如，散热器)通道44。在一个实施例中，一个热交换器通道44定位在每个汇流条40的每一侧上，以增加可用于热传递的表面积的量。然而，作为集成冷却回路42的一部分提供的热交换器通道44的总数不旨在限制本公开。
53.每个热交换器通道44可以是相对长且窄的通道，其被配置为使流体f相对于汇流条40中的相邻的一个循环。热交换器通道44可以包括适于增加流体f与汇流条40之间的对流热传递的多个热传递增强特征46。
54.热传递增强特征46可以从每个热交换器通道44的壁48突出。在一个实施例中，热传递增强特征46被配置为轴向肋(参见图5)。在另一个实施例中，热传递增强特征46被配置为销(参见图6)。在又一个实施例中，热传递增强特征46被配置为建立复杂晶格结构(参见图7)。然而，在本公开的范围内，还设想了热传递增强特征46的其他配置或配置的组合。
55.集成冷却回路42可以另外包括各自形成在壳体38中的一个或多个入口接合通路50、一个或多个出口接合通路52、入口通路54和出口通路56。入口接合通路50可以各自连接在入口通路54与热交换器通道44中的一个之间，并且出口接合通路52可以各自连接在出口通路56与热交换器通道44中的一个之间。流体f可以从入口通路54通过入口接合通路50进入热交换器通道44，并且流体f可以通过出口接合通路52从热交换器通道44离开进入出口通路56。因此，流体f可以以闭环方式循环通过集成冷却回路42。
56.在一个实施例中，入口接合通路50、出口接合通路52、入口通路54和出口通路56各自包括大致圆形的横截面形状。然而，在本公开的范围内，其他形状也可以是适合的。
57.灌封化合物58(参见图4)可以围绕每个汇流条40设置，以用于填充在汇流条40与壳体38的建立热交换器通道44的结构之间的空间体积。灌封化合物58还被配置用于在制造期间消除在壳体38与汇流条40之间的气隙热阻。围绕汇流条40的灌封化合物58的部段可以通过灌封化合物58的流道69连接。
58.高电流电连接器36可以另外包括密封件60(参见图3)。在一个实施例中，密封件60可以是接纳在形成于壳体38的后面64中的凹槽62内的垫圈密封件。
59.本公开的高电流电连接器采用集成为连接器壳体的一部分的液体冷却方案。液体冷却方案提供了一种用于主动冷却连接器的方式，从而与当前设计相比适应更高的充电速率。除了其他益处之外，示例性高电流电连接器由于具有更少的零件和更少的组装操作而降低了材料成本和制造成本。
60.尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定组合。可结合来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件使用来自非限制性实施例中的任一个的一些部件或特征。
61.应理解，相同的附图标记贯穿若干附图标识对应或类似的元件。应理解，尽管在这些示例性实施例中公开并示出了特定的部件布置，但其他布置也可受益于本公开的教导。
62.前述描述应被解释为说明性的而非具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理
解，在本公开的范围内可出现一些修改。出于这些原因，应研究所附权利要求来确定本公开的真实范围和内容。