专利名称：用于插电式混合动力电动车辆充电的层式高电流强度的包覆成型的多聚物连接器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于向电动车辆供电的电连接器，更具体地涉及具有对环境中的水的改进的防水性以及改进的易操作性的这种连接器。
背景技术：
电动车辆正受到越来越多的关注。这些电动车辆包括插电式混合动カ车辆例如雪弗兰伏特(Chevrolet Volt),以及纯电动车如尼桑聆风(Nissan Leaf)。在北美，通过汽车工程学会(SAE)标准SAE J1772对用于电动车辆电池的再充电的电连接器进行了标准化。其他应用，比如叉式升降机以及エ业设备，也可以采用此标准。根据该标准，连接器前部具有标准化的形状以及处于标准化的布局的五个插脚，使得所有连接器能够适用于所有电动车辆。所述五个插脚为两个交流电源插脚、ー个接地插脚、ー个接近检测插脚以及ー个控制插脚。关于连接器的其余部分，每个连接器的制造商可自行处理。一般地，在充电期间，公知的连接器使用弹簧闩锁将连接器固定至车辆。由于这种连接器一般在户外使用，因而必须考虑到环境因素，比如水。例如，水可以进入弹簧闩锁的机构并引起侵蚀或其他劣化。为了防止这种退化的通常方法是使用橡胶密封件来保护弹簧闩锁。然而，密封件会失效。还存在在夜晚使用连接器的问题，当乘坐车辆者可能不能适当地看到吋，并且存在当连接器已经被完全地并适当地插入时，让乘坐汽车者知道的问题。此外，已知的连接器一般地用多个部件制成。因此，连接器制造起来很昂贵，并且容易出故障。至今，目前在电动车辆(EV)市场空间内可用的所有解决方案是由通过防拆式紧固件例如Torx 螺丝以机械方式组装的两半(或者蛤壳式部件)构造的。过去的或当前的SAE J1772的、以机械方式组装的连接器目前允许水进入手柄组件，导致了截留冰以及碎屑的机会。此外，蛤壳式部件在手柄处以及整体上増大了外观，这是受了抵抗车辆侧翻所需的额外机械特征以及碰撞需求，如在UL2251中所描述的。这些现有装置适合于修车厂以及室内应用。当在户外使用时，这些蛤壳式设计会因元件的暴露而展现出较短的寿命周期。
发明内容
因此，本发明的目标是解决以上关切事项。本发明的另一目标是提供低成本、有吸引力的、人机工程学的、并且可适应的解决方案。为实现以上以及其它目标，本发明针对提出具 有以下特征中的至少ー个的连接器。弹簧闩锁不是密封的，相反，连接器本体具有允许进入弹簧闩锁机构的水无害地排出连接器的孔。面朝前部的LED或者其他光源用作闪光灯。一旦连接器被连接，面朝前部的LED灯关断，并且面朝尾部的LED或其他光源打开，以确认连接器被连接并能够对车辆进行充电。连接器通过包覆成型而被生产。例如，连接器可以被制造成有灌封材料、预模制件以及一体式包覆成型件的三层构型。每ー层可以由为层提供层在连接器中的位置所需要的属性的不同材料形成。模块化设计允许较快的产品更新以及用于产品多祥化的公共平台的建立。以上特征能够以任意方式组合。通过本发明所解决的问题是提供给EV(电动车辆)市场空间(例如原设备制造商(OEM)以及电动车辆供电设备(EVSE)制造商)耐用的以及一体式包覆成型的SAE J1772连接器以及电缆组装方案，该方案降低了产品的寿命周期成本并提高了产品的可靠性，并且还减少了与机械锁定特征和硬件(例如Torx 螺丝)相关的破坏性和干扰性的风险。这种包覆成型的解决方案提供了应对可以包括水、冰、尘、紫外线、油、以及汽车流体的极端环境要素的非凡的环境方面的保护。
将參考附图对优选实施方式进行详细描述，其中图I至图8是根据优选实施方式的连接器及其不同部件的不同图示；图9A至图21为示出图I至图8的连接器的生产步骤的图示；以及图22A至图22D为根据优选实施方式的变型的连接器的图示。
具体实施例方式将參考附图对优选实施方式作详细描述，其中，相同的附图标记始终表示相同的元件。如图I至图8所示出的，根据优选的实施方式的连接器100包括带有多个插脚104、106、108、110、112的连接器前部件102。在优选的实施方式中，连接器前部件102以及插脚104-112遵循标准SAE J1772。插脚104-112在通过灌封部116在连接器前部件102内部密封的位置处电连接到电缆114。连接器本体118通过预模制件120以及包覆成型件122成形于连接器前部件102以及电缆114上。预模制件120以及包覆成型件122形成有脊部124、脊部126，以增大连接器本体118的強度，连接器本体具有闩锁区域128，闩锁区域128设置有具有销132以及弹簧134的弹簧闩锁130。可以设置第一 LED或其他发光体136来作为闪光灯，使得使用者能够在夜间照明不足的情形下使用连接器。第二 LED或其它发光体138可以设置在背部，以当在连接器和车辆之间获得了适当的电连接时发出指示，与此同时，第一 LED关断。线路140，如下面将要描述的印制电路(PC)板，被设置用于LED的控制。闩锁区域128不需要被密封以防水。相反，进入闩锁区域128的水通过孔142离开。如示出的，闩锁区域128任一侧上各设置有三个孔142，三个孔142延伸通过包覆成型件122并且进入闩锁区域128。孔142在闩锁区域128的底部表面144处向闩锁区域128敞开，使得将没有使水积聚的地方。然而，代替示出的孔或 者除了示出的孔以外，可以使用任何适合数量和构型的孔。例如，在下雨的情形下使用吋，出现在连接器100上的雨水通过在弹簧闩锁130周围流动而进入闩锁区域128。水通过孔142离开闩锁区域128，而不是聚积在闩锁区域128。如以上所指出的，孔142相对于闩锁区域128的底部表面144来定位，使得所有的水排出闩锁区域128而不是在孔142下形成积水。孔142示出为水平地延伸，以便于包覆成型。在包覆成型中使用的模具的左侧和右侧的部件可以具有对应于孔142的凸出部，并且因此形成孔142。在包覆成型エ序后，将左侧和右侧的部件沿水平方向拉下，以将凸出部拉出因此而形成的孔142。然而，孔142的构型可以根据不同的制造技术来变化。例如，在不同的制造技术中，孔142可以从闩锁区域128向下倾斜或者甚至从闩锁区域128竖直向下延伸。此外，孔142可以以任何其他适当的方式例如通过钻孔而形成。还有其他构型是可能的。例如，闩锁区域128可以具有平坦的或者隆起的以促进水通过孔142排出的底部表面144。同样，尽管孔142示出为长形的，它们也可以具有任何适当的形状，例如，圆形。优选的实施方式提供了包覆成型的、耐用的、坚固的高电流强度的SAE J1772连接器组件。优选的实施方式的生产以插入式模制的10安培至90安培的SAE J1772连接器为开始，如在图9A和9B以146示出的，该连接器由下述聚碳酸酯材料制成该聚碳酸酯材料在电特性与物理冲击特性以及强度特性方面具有UL94V-0阻燃等级、环境(fl)的紫外线等级以及等于或超过100的相对热指数(RTI)，如标准UL 2251所规定的。SAE J1772连接器本体结构146为刚性体设计，这种刚性体设计使促进交联粘附和/或能够实现机械结合的机械特征以及机械锁定特征与预模制件120和包覆成型件122结合。这些机械特征可以包括流通通道、贯穿的孔、凸起的榫接部或者脊线。连接器本体包括五个硬度为35372的黄铜触头104、106、108、110、112，如以上所描述的，这些触头可以是镀银的或者镀金的。两个尺寸为8的电源触头104、112结合有以椭圆状缠绕的高电流强度和低插入力的内部螺旋弹簧148，以能够实现高电流强度，从而减少由于微弧放电产生的发热机会，并且提供了针对由其他制造商生产的车辆插头(IAW SAEJ 1772)的逆兼容性的另外的成功机会。这些内部的螺旋弹簧148也有助于适应エ艺随着时间改变的自然趋势。弹簧148可以被构造成多个螺旋管形的弹簧，如例如在Chabot的美国专利No. 4，810，213中所示出的，其公开内容在此通过參引全部结合在本公开内容中。插入模制的SAE J1772连接器本体146在配合面上也结合有阻燃(FR)UL认证闭合式密封垫150，以有助于防止来自腐蚀性气体例如ニ氧化碳、ニ氧化硫、以及硫化氢对触头的侵蚀。
之后，连接器本体146通过焊接操作而被组装至単独示出在图10中的、FFSO UL认证电缆114，以适应如在SAE J1772中规定的电路图，如在图11中所示。插入模制式的SAEJ1772的焊接触头允许提升总体组装件的电缆保持力并且减少微弧放电和散丝的机会，其中，微弧放电和散丝会导致短路和接地故障的风险，缩短产品的寿命周期。另外，焊接的触头提供了附加的防护等级，以阻止在暴露的触头处的吸湿性的芯吸效应和毛细效应。水和湿气吸收或者芯吸加速了铜的腐蚀并且缩短了产品的寿命周期，这会导致从分支电路吸收的更高电流強度，从而引起连接器过热和客户的不满。对环境密封的微动开关子组件152被焊接至FR- 4PC UL认证的PC板154，该PC板154结合有ー个150欧姆1/2瓦的电阻器156以及ー个300欧姆1/2瓦的电阻器158，以将上述的电路140实施为微动开关组件。在图13A和图13B中示出为164的绝缘衬垫则被添加至微动开关子组件140并且被组装到位，如图14所示。该绝缘衬垫由下述模制聚合物制成该模制聚合物在电特性、物理冲击特性以及强度特性方面具有通过UL94V-1认证的阻燃等级、环境(fl)的紫外线等级以及等于或超过90的相对热指数(RTI)，如标准UL-2251所规定的。通过将两个悬空的引线(接近并且接地的)160、162焊接至接近且接地的触头106、108，组件152以及板154被附接至连接器本体146，如在图15中示出的，使得能够实现由SAEJ1772标准要求的直流脉冲信号。该PC板154也提供了银制路径设置(silver pathprovisions)以结合用于充电和闪光灯需要的LED信号，该充电和闪光灯可以通过EVSE (电动车辆供电设备)致动或者需要。当焊接操作完成时，连接器本体146、PC板组件154以及电缆114通过双组分灌封化合物166 (two-part potting compound)而以针对环境的方式并且非传导性地灌封，以形成灌封部116，如图16A和图16B所示，其中，双组分灌封化合物166在电特性与物理冲击特性以及强度特性方面具有UL94HB或V-O的阻燃等级、以及等于或超过90的相对热指数(RTI)，如标准UL-2251所规定的。然后，该灌封化合物166将通过一整夜的停放或者通过热辅助制造的帮助而被固化。EFSO电动机车电缆护套、绝缘的导体以及焊接的连接件将通过该双组分灌封化合物而被封装。该灌封化合物166提供了第一级防护以在暴露的触头处阻止水分吸收的芯吸效应以及毛细效应。随着时间的推移，铜绞线能够产生毛细效应，在毛细效应中，水分通过毛细作用从暴露的触头区域吸入铜绞线中，这加速了铜的腐蚀并且缩短了产品的寿命周期，而这会导致从分支电路获得的更高电流強度，从而导致过热和客户的不满。灌封化合物166也提供了介电性能，从而使组件与在介于电源触头与地面之间的气弧中的电压进ー步绝缘。该灌封化合物166是基础，其中，附加的聚合材料将用于在本设计内的附加结构以及支撑。在双组分、以对环境的方式和以介电的方式灌封的、化合物166已经完全固化并且完全除气从而形成灌封部116之后，预模制件120然后将被模制在包括连接器本体146、EFSO电动车辆电缆114以及灌封触头的子组件上，如在图17中所示。预模制件为以具有UL94V-0的阻燃等级以及等于或超过100的相对热指数(RTI)的高抗冲聚酰胺(PA6或者PA66)基材料。可以使用其它的工程专用化合物，例如玻璃填充的聚对苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯(ABS)、热塑性弾性体(TPE)、热塑性硫化橡胶(TPV)、或者高抗冲聚丙烯(HIPP)。预模制件120封装了子组件，从而提供了结构的“主干”并为整个SAE J1772模制连接器组件系统增加了额外的有关环境的性能和介电性能。预模制件120包括对应于成品的孔142的孔168。预模制件结构具有刚性体设计结构，该刚性体设计结构包括下述机械特征所述机械特征促进交联粘附和/或能够实现外部“包覆成型表皮”层的机械结合和机械锁定特征。这些机械特征可以包括流通通道、凸起的榫接部或脊线、或者下降的凹处以及流通的T形通道。如以122在图18中示出的包覆成型件或表皮用于整个SAEJ1772模制连接器组件系统的使用者接触面、冲击能量吸收、耐磨损、耐流体及 耐汽油性、以及总体的紫外线(UV)保护。SAE J1772连接器组件的包覆成型件材料在电特性、物理冲击特性以及强度特性方面具有UL94HB或V-I阻燃等级以及等于或超过90的相对热指数(RTI)，如由UL-2251所规定的。也可以加入可替代的热固性材料，比如EPT (こ烯丙烯三元共聚物)、EPDM(三元こ丙橡胶)以及硅树脂或者液体硅树脂注射剂，以适应外部表皮的物理和性能需求。一旦系统被完全地模制，附接由聚合材料比如聚碳酸酯制成的闩锁臂130，该聚碳酸酯在电特性、物理冲击特性以及强度特性方面具有UL94V-0的阻燃等级、环境的(fl)紫外辐射线等级，以及等于或超过100的相对热等级(RTI)，如由UL-2251所规定的。该闩锁臂借助于模制的或不锈钢(300系列)的销而附接。该闩锁为SAE J1772车辆插头提供机械锁定，以及在开始充电之前以及充电完成时致动微动开关子组件的机械杠杆。附接闩锁臂的步骤包括将闩锁弹簧134插入闩锁区域128，如图19中所示；在弹簧134上方将闩锁壁130插入闩锁区域128，如图20中所示；以及插入闩锁销132，如图21中所示。 此外，市场上目前只提供了 30AMP和75AMP认证组件，这些组件大多数通过电缆和触头尺寸来管理。在优选实施方式中所应用的技术允许更高的额定电流(更高电流强度)的电缆组件能够用于任何直流快速充电需求的设计在未来保持竞争力。优选的实施方式提供了坚固并且耐用的SAE J1772包覆成型连接器组件，该连接器组件使介电的并且和环境有关的灌封化合物与一体的高分子基体和包覆成型聚合表皮结合，以提供对来自极端和苛刻环境条件的保护。优选的实施方式结合了包覆成型一体式聚合(层压)方法和带微动开关以及用于充电指示器和闪光灯的LED灯必需件的一体式PC板。该解决方案降低了产品的寿命周期成本，提高了产品可靠性，并且减小了与机械锁定特征和硬件(例如Torx 螺丝)相关的破坏性和干扰性的风险。该包覆成型的解决方案提供了不受极端环境要素影响的优越环境保护功能，其中，所述极端环境要素可能包括水、冰、尘、紫外线、油、以及汽车润滑油等。优选的实施方式或任何其他实施方式可以被修改以适应交流充电和快速直流充电，并且允许使用者选择将使用何种充电模式。图22A示出了被如此修改的连接器2200的正视图。图22B示出了连接器的、沿图22A中的线XXIIA-XXIIA的截面图。图22C和图22D分别示出了侧视图和俯视图。除了下述方面之外，连接器2200的建造和使用与先前公开的连接器100相似除连接器前部件102以及插脚104-112タト，连接器2200还具有两个另外的插脚2202、2204，插脚2202、2204被连接至引导部2206并且封闭在第二连接器前部件2208内。可以提供任何适当的开关以允许使用者在交流充电与快速直流充电之间进行选择。尽管以上已经描述了优选的实施方式，研究了本公开内容的本领域技术人员将容易地理解到可以在本发明的范围内实现的其他的实施方式。例如可以使用任何适合的闩锁机构，并可以使用任何适合的材料。而且，连接器能够适用于任何标准的或专有的设计。因此，本发明应被解释为仅受所附的权项要求 限定。
权利要求
1.ー种用于电动车辆的电连接器，所述电连接器包括 连接器本体； 在所述连接器本体中的多个连接器插脚；以及 闩锁，所述R锁安装在所述连接器本体上的R锁区域内，以将所述电连接器保持于所述电动车辆； 其中，所述连接器本体具有允许进入所述闩锁区域的水离开所述闩锁区域的多个孔。
2.根据权利要求I所述的电连接器，还包括邻近于所述多个连接器插脚的灯。
3.根据权利要求2所述的电连接器，还包括在所述连接器本体的与所述连接器插脚相反的一部分上的第二灯。
4.根据权利要求I所述的电连接器，其中，所述连接器本体通过包覆成型而形成。
5.根据权利要求I所述的电连接器，其中，所述连接器本体包括灌封化合物； 形成在所述灌封化合物上的预模制件；以及 以单件形式形成在所述预模制件上的外连接器本体。
6.根据权利要求5所述的电连接器，其中，所述灌封化合物包括双组分介电灌封化合物。
7.根据权利要求6所述的电连接器，其中，所述预模制件包括选自由以下材料构成的组的材料聚酰胺基材料、玻璃填充的聚对苯ニ甲酸こニ醇酯、丙烯臆-丁ニ烯-苯こ烯、热塑性弾性体、热塑性硫化橡胶以及聚丙烯。
8.根据权利要求7所述的电连接器，其中，所述外连接器本体包括选自由以下材料构成的组的材料こ烯丙烯三元共聚物、三元こ丙橡胶以及硅树脂或者液体硅树脂注射剂。
9.根据权利要求5所述的电连接器，其中，所述预模制件形成为提供与所述外连接器本体的交联粘附、机械结合以及机械锁定中的至少其中之一。
10.根据权利要求I所述的电连接器，其中，所述多个连接器插脚包括用于第一充电模式的第一组连接器插脚以及用于第二充电模式的第二组连接器插脚。
11.根据权利要求10所述的电连接器，其中，所述第一充电模式为交流充电模式，并且所述第二充电模式为直流充电模式。
12.一种用于制造用于电动车辆的电连接器的方法，所述方法包括 (a)提供充电电缆以及具有至少ー个连接器插脚的连接器本体； (b)提供所述充电电缆与所述至少一个连接器插脚之间的电连接； (C)在所述连接器本体以及所述充电电缆的相邻于所述连接器本体的一部分上应用灌封化合物； (d)在所述灌封化合物、所述连接器本体、以及所述充电电缆的相邻于所述连接器本体的一部分上应用预模制件，以及 (e)以单件的形式在所述预模制件上包覆成型外连接器本体，以形成所述连接器。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括为所述连接器的控制操作提供电路，并且步骤(C)包括在所述电路上应用所述灌封化合物。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述灌封化合物包括双组分介电灌封化合物。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述预模制件包括选自由以下材料构成的组的材料聚酰胺基材料、玻璃填充的聚对苯ニ甲酸こニ醇酯、丙烯臆-丁ニ烯-苯こ烯、热塑性弾性体、热塑性硫化橡胶以及聚丙烯。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述外连接器本体包括选自由以下材料构成的组的材料こ烯丙烯三元共聚物、三元こ丙橡胶以及硅树脂或者液体硅树脂注射剂。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预模制件形成为提供与所述外连接器本体的交联粘附、机械结合以及机械锁定中的至少其中之一。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括将闩锁附连至所述连接器，以将所述连接器闩锁在所述车辆上。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述外连接器本体中形成有闩锁。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述外连接器本体具有用于允许进入所述闩锁区域的水离开所述闩锁区域的多个孔。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，步骤(e)包括包覆成型所述外连接器本体，以使所述外连接器本体具有多个孔。
22.根据权利要求12所述的方法，其中，步骤(a)包括提供用于第一充电模式的第一组连接器插脚以及用于第二充电模式的第二组连接器插脚。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一充电模式为交流充电模式，并且所述第二充电模式为直流充电模式。
全文摘要
本发明提供一种用于电动车辆的电连接器，所述电连接器包括连接器本体；在所述连接器本体中的多个连接器插脚；以及闩锁，所述闩锁安装在所述连接器本体上的闩锁区域内，以将所述电连接器保持于所述电动车辆；其中，所述连接器本体具有允许进入所述闩锁区域的水离开所述闩锁区域的多个孔。本发明还提供一种制造用于电动车辆的电连接器的方法。
文档编号H01R43/00GK102769226SQ20121012508
公开日2012年11月7日 申请日期2012年4月25日 优先权日2011年5月4日
发明者布赖恩·T·史密斯, 达米安·T·西博尔德 申请人:通用电缆技术公司