具有半导体冷却装置的连接器及汽车的制作方法

1.本发明涉及电器件技术领域，尤其涉及一种具有半导体冷却装置的连接器及汽车。


背景技术：

2.汽车启动时的启动电流比较大，可达到150a到250a，对导线和接头的载流量有比较高的要求；电动汽车的工作和充电电流也比较大，对导线和接头的载流量也有比较高的要求。通常情况下，导线具有设定的额定电流，发热量比较稳定，使用额定电流满足要求的导线，可以实现对电流的输送。
3.但是，导线和端子的连接点，由于接触电阻较高，端子与导线之间存在较大电压降，因此在导线和端子连接点处，一般发热量较大，造成连接点烧断的情况较多，可能导致重大的安全事故。
4.因此，电器件技术领域急需一种能够缓解导线和端子的连接点发热量较大，连接点烧断的情况较多的技术问题的连接器。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种具有半导体冷却装置的连接器及汽车，以缓解导线和端子的连接点发热量较大，连接点烧断的情况较多的技术问题。
6.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
7.本发明提供一种连接器，包括：导线、端子和半导体冷却装置，所述端子被构造成其一端与所述导线连接，其另一端用于与外部电结构连接；所述半导体冷却装置具有制冷部和散热部，所述制冷部吸收所述端子的热量。
8.在优选的实施方式中，所述半导体冷却装置与所述导线电连接。
9.在优选的实施方式中，所述连接器还包括保护结构装置，所述端子设置于所述保护结构装置内。
10.在优选的实施方式中，所述连接器包括整流装置，所述整流装置的一端与所述半导体冷却装置电连接，所述整流装置的另一端与所述导线电连接。
11.在优选的实施方式中，所述连接器包括与所述整流装置连接的控制装置，所述控制装置用于对经所述整流装置流向所述半导体冷却装置的电流进行调控。
12.在优选的实施方式中，所述连接器包括与所述控制装置连接的温度传感器，所述温度传感器与所述端子接触连接，和/或，所述温度传感器与所述制冷部接触连接。
13.在优选的实施方式中，所述半导体冷却装置包括多个，且多个所述半导体冷却装置电连接所述整流装置。
14.在优选的实施方式中，所述半导体冷却装置嵌设于所述保护结构装置的侧壁，并且所述制冷部位于所述保护结构装置的侧壁内部，所述散热部至少部分表面裸露于所述保护结构装置的外部。
15.在优选的实施方式中，所述制冷部与所述端子接触连接。
16.在优选的实施方式中，所述端子的热量通过辐射传热到所述制冷部。
17.在优选的实施方式中，所述制冷部设有容置凹槽，所述端子至少部分嵌设于所述容置凹槽内。
18.在优选的实施方式中，所述连接器包括导热部，所述导热部与所述端子接触连接，所述制冷部与所述导热部接触连接；所述导热部的材质为导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片和导热矽胶片中的一种或几种的组合。
19.在优选的实施方式中，所述导热部包围所述端子。
20.在优选的实施方式中，所述连接器包括至少两个所述半导体冷却装置，至少两个所述半导体冷却装置分布于所述端子的两侧。
21.在优选的实施方式中，所述制冷部设有容置孔，所述端子穿设于所述容置孔。
22.在优选的实施方式中，所述半导体冷却装置包括多个所述散热部，多个所述散热部围绕所述制冷部分布。
23.在优选的实施方式中，所述制冷部设有多个所述容置孔；所述连接器包括多个所述端子，所述端子一一对应地穿设于所述容置孔。
24.在优选的实施方式中，所述制冷部和所述散热部均呈筒状，所述端子穿设于所述制冷部内，所述散热部套设于所述制冷部外。
25.在优选的实施方式中，所述制冷部和所述散热部均呈圆筒状。
26.在优选的实施方式中，所述端子设有端子部、和用于与所述导线相连接的连接部，所述制冷部与所述连接部连接。
27.在优选的实施方式中，所述制冷部与所述连接部的接触面积，占所述连接部表面积的至少3％。
28.在优选的实施方式中，所述半导体冷却装置包括：氧化铝基板、防水保护层、半导体p/n层和电源接口；所述氧化铝基板、防水保护层、半导体p/n层依次设置；所述电源接口电连接半导体p/n层。
29.在优选的实施方式中，所述半导体冷却装置的冷却速率为0.05k/s
‑
5k/s。
30.在优选的实施方式中，所述连接器包括与所述散热部连接的散热装置。
31.本发明提供一种汽车，包括：上述的具有半导体冷却装置的连接器。
32.本发明的特点及优点是：
33.外部电结构通过端子，来与该具有半导体冷却装置的连接器连接，并与导线实现电连接，实现电能的输送。外部电结构与端子之间通常存在较大的接触电阻，连接过程会持续发热。该连接器中，半导体冷却装置与导线电连接，可以从导线获取电能，半导体冷却装置开始运行，热量从制冷部向散热部传递，散热部的热量向外部散失，制冷部的温度逐渐降低，因此，制冷部会吸收端子的热量，使端子以及外部电结构保持安全稳定的温度，实现稳定控温，减少连接点烧断等安全事故。使用该连接器，能够解决电动汽车充电电流较大时连接点温度过高的问题，有助于实现电动汽车充电线束大电流快速充电。
34.该连接器中，采用半导体冷却装置来对端子降温，未使用制冷剂，也未包含运动机构，可以避免造成额外的振动和噪声，安全稳定，使用寿命长。该连接器中，可以使用导线中的电流分流，来为半导体冷却装置提供电能，不需要额外的供电装置，不需要设置和更换蓄
电盒，方便耐久，便于实现持续工作，减少维修工时。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明提供的具有半导体冷却装置的连接器一实施方式的结构示意图；
37.图2为本发明提供的具有半导体冷却装置的连接器又一实施方式的结构示意图；
38.图3和图4为本发明提供的具有半导体冷却装置的连接器的剖视图；
39.图5
‑
图8为本发明提供的具有半导体冷却装置的连接器又一实施方式的结构示意图；
40.图9
‑
图17为本发明提供的具有半导体冷却装置的连接器中端子与导线的示意图；
41.图18
‑
图20为本发明提供的具有半导体冷却装置的连接器又一实施方式的结构示意图；
42.图21为本发明提供的具有半导体冷却装置的连接器中的半导体冷却装置的结构图。
43.附图标号说明：
44.10、保护结构装置；
45.23、端子；231、端子部；21、连接部；
46.22、导线；221、导体；222、绝缘层；
47.30、半导体冷却装置；301、第一冷却装置；302、第二冷却装置；
48.31、制冷部；311、容置凹槽；312、容置孔；32、散热部；
49.41、导热部；42、散热装置；421、散热翼片；
50.50、控制单元；51、整流装置；52、控制装置；53、温度传感器；54、连接线；
51.1011、氧化铝基板；1012、防水保护层；1013、半导体p/n层；1014、电源接口。
具体实施方式
52.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.实施例一
54.本发明提供了一种具有半导体冷却装置的连接器，如图1所示，该连接器包括：导线22、端子23和半导体冷却装置30，导线22与端子23连接，端子23被构造成用于与外部电结构连接；半导体冷却装置30具有制冷部31和散热部32，制冷部31吸收端子23的热量；并且，半导体冷却装置30与导线22电连接。
55.详细的说，在原理上，半导体冷却装置30是一个热传递的工具。当一块n型半导体材料和一块p型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转
移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。本文所述的半导体冷却装置30除了包括冷却端外，还包括热端，与冷却端相对设置，半导体冷却装置30可采用现有技术已有的半导体冷却装置，还可根据导体的尺寸进行定制。
56.外部电结构通过端子23，来与该连接器连接，并与导线22实现电连接，实现电能的输送。外部电结构与端子23之间通常存在较大的接触电阻，连接过程会持续发热。该连接器中，半导体冷却装置30与导线22电连接，可以从导线22获取电能，半导体冷却装置30开始运行，热量从制冷部31向散热部32传递，散热部32的热量向外部散失，制冷部31的温度逐渐降低，因此，制冷部31会吸收端子23的热量，使端子23以及外部电结构保持安全稳定的温度，实现稳定控温，减少连接点烧断等安全事故。使用该连接器，能够解决电动汽车充电电流较大时连接点温度过高的问题，有助于实现电动汽车充电线束大电流快速充电。
57.该连接器中，采用半导体冷却装置30来对端子23降温，未使用制冷剂，也未包含运动机构，可以避免造成额外的振动和噪声，安全稳定，使用寿命长。该连接器中，可以使用导线22中的电流分流，来为半导体冷却装置30提供电能，不需要额外的供电装置，不需要设置和更换蓄电盒，方便耐久，便于实现持续工作，减少维修工时。
58.在一实施方式中，该连接器还包括保护结构装置10，如图2所示，端子23设置于保护结构装置10内。在某些大电流的环境中，端子23需要进行绝缘保护，保护结构装置10设置在端子23外围，实现端子23对外界环境的绝缘；另外，当端子23数量较多时，与外部电结构连接时，需要将端子23一一对插连接，操作复杂而且浪费时间，将多个端子23间隔放置在保护结构装置10中，通过保护结构装置10与外部电结构的对插，实现内部的端子23的一一对插，操作简单，并且不容易出现插错端子的情况，能够保证电路的正确性和安全性。保护结构装置10可以为护套。
59.在一实施方式中，该连接器包括整流装置51，整流装置51的一端通过连接线54与半导体冷却装置30电连接，整流装置51的另一端通过连接线54与导线22电连接；整流装置51可以通过连接线54与连接部21电连接，来实现与导线22电连接。导线22的电流产生分流，为半导体冷却装置30供电，通过整流装置51，将电流、电压调整到与半导体冷却装置30的工作电流和电压相适配，保证半导体冷却装置30的工作稳定。
60.进一步地，该连接器的控制单元50包括控制装置52，控制装置52与整流装置51连接，控制装置52用于对经整流装置51流向半导体冷却装置30的电流进行调控。通过控制装置52，调节半导体冷却装置30的电流，从而调节半导体冷却装置30的制冷部31的温度，对连接部21的温度进行调节。具体地，整流装置51一端与导线22电连接，整流装置51的另一端分别与控制装置52和半导体冷却装置30电连接，为控制装置52和半导体冷却装置30进行供电。
61.如图3所示，该连接器包括与控制装置52连接的温度传感器53，温度传感器53与端子23接触连接，和/或，温度传感器53与制冷部31接触连接。通过温度传感器53来检测该连接器的温度，并将温度信号传递给控制装置52，控制装置52根据检测的温度来控制整流装置51调整半导体冷却装置30的供电电流，从而调整半导体冷却装置30的制冷部31的温度，从而保障连接部21的稳定工作温度。例如，当检测到温度升高时，控制装置52则控制整流装置51增大供电电流，加快半导体冷却装置30向外散热的效率；当检测到温度降低时，控制装置52则控制整流装置51减小供电电流，减慢半导体冷却装置30向外散热的效率。温度传感
器53、控制装置52与整流装置51相配合，调节半导体冷却装置30的电流，可以实现该连接器的恒温，避免因导线22的电流变化导致该连接器温度变化。优选地，温度传感器53与连接部21接触连接，温度传感器53用于对连接部21的温度进行检测。
62.控制装置52可以采用机械式控制装置，机械式控制装置包括至少两片不同温度膨胀系数的合金片，合金片在温度变化后会发生弯曲变形，推动触点的闭合和断开，以实现机械式控制装置的通电和断电。控制装置52可以采用电子式控制装置，电子式控制装置通过接收温度传感器53的电信号，通过芯片分析后，控制半导体冷却装置30的通电和断电。
63.整流装置51通过电阻和二极管及其他电子元件的组合，将导线22中的不稳定大电流整合为控制装置52和温度传感器53可使用的稳定小电流，能够实现持续稳定的供电。
64.温度传感器53可以采用接触式温度传感器，具体可以为双金属温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻或者温差电偶，温度传感器53能够将连接部21或制冷部31的实时温度转化为电信号，传递给控制装置52。
65.在一实施方式中，半导体冷却装置30包括多个，为了能够精确控制每个半导体冷却装置30的温度，多个半导体冷却装置30采用并联的方式电连接整流装置51，从而能够单独控制每个半导体冷却装置30的供电电流。
66.进一步的，当多个半导体冷却装置30的型号、功率完全一致时，多个半导体冷却装置30以串联的方式电连接整流装置51，从而使每个半导体冷却装置30的供电电流一致。
67.进一步地，半导体冷却装置30嵌设于保护结构装置10的侧壁，并且制冷部31位于保护结构装置10的侧壁内部，散热部32至少部分表面裸露于保护结构装置10的外部，以有利于半导体冷却装置30的制冷部31从端子23吸收热量，并经散热部32向外散发热量。
68.在一实施方式中，端子23的热量通过辐射传热到制冷部31。在另一实施方式中，制冷部31与端子23连接以吸收端子的热量。
69.如图2
‑
图5所示，制冷部31与端子23接触连接，有利于端子23上的热量快速地传递给制冷部31，使热量及时向外散发，能够充分地带走端子23产生的热量，降低温度，实现快速降温的目的。
70.进一步地，制冷部31设有容置凹槽311，端子23至少部分嵌设于容置凹槽311内，容置凹槽311的形状与端子23的外轮廓的形状相适配，端子23与容置凹槽311的内壁相接触，使制冷部31和端子23保持紧贴，增大了接触面积，有利于端子23的热量向制冷部31传递。优选地，如图4所示，容置凹槽311呈半圆柱状。
71.如图6、图7和图18所示，该连接器包括导热部41，导热部41与端子23接触连接，制冷部31与导热部41接触连接，连接部21上的热量通过导热部41传递给制冷部31。通过导热部41，有利于端子23、导热部41与制冷部31保持紧贴，便于端子23产生的热量快速地传递给制冷部31，降低温度，提高散热性能，实现快速降温的目的，保证端子23的温度恒定。导热部41可以采用导热且不导电的材料；导热部41可以采用在端子23与制冷部31之间填充导热且不导电的材料的方式成型。导热部41的材质可以为导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片和导热矽胶片中的一种或几种的组合。
72.进一步地，导热部41包围端子23，制冷部31通过导热部41来与端子23接触，导热部41可以设置为筒状，以方便吸收端子23的不同位置产生的热量。在一些情况下，该连接器包括多个端子23，可以分别设置多个导热部41，导热部41与端子23一一对应地套设于端子23
外，多个导热部41均与一个半导体冷却装置30的制冷部31接触连接；也可以为一个导热部41包围多个端子23，多个端子23的热量经过该导热部41传递给制冷部31。
73.在本发明的一实施方式中，该连接器包括至少两个半导体冷却装置30，至少两个半导体冷却装置30分布于端子23的两侧，两个半导体冷却装置30从端子23的两侧吸收热量，提高了降温的效率。如图5和图7所示，两个半导体冷却装置30可分布于端子23的相对的两侧。
74.如图8所示，该连接器包括多个端子23，各个端子23的连接部21分别连接有导线22。该连接器包括多个半导体冷却装置30，多个半导体冷却装置30包括第一冷却装置301和第二冷却装置302，第一冷却装置301、多个连接部21和第二冷却装置302依次分布。在一实施方式中，多个端子23沿左右方向依次分布，第一冷却装置301设置于左端，第二冷却装置302设置于右端；进一步地，端子23的上侧和下侧分别设有半导体冷却装置30。
75.在一实施方式中，制冷部31设有容置孔312，端子23穿设于容置孔312。通过容置孔312来容置端子23，实现制冷部31与端子23接触连接，改善了端子23与导线22的空间布置方式，增大了接触面积，有利于端子23向制冷部31传热，尤其是在该连接器包括多个端子23与导线22的情况下，便于在较小的空间中进行布置，保障各个端子23的散热。
76.进一步地，半导体冷却装置30包括多个散热部32，多个散热部32围绕制冷部31分布，有利于热量向外散发，如图19所示，制冷部31设有多个容置孔312；该连接器包括多个端子23，端子23一一对应地穿设于容置孔312。优选地，制冷部31整体呈方形，散热部32分布于制冷部31的4个侧面。
77.在一实施方式中，制冷部31设有多个容置孔312；连接器包括多个端子23，端子23一一对应地穿设于容置孔312，如图19所示，端子23穿设于制冷部31内，散热部32套设于制冷部31外，有利于制冷部31与端子23充分接触，促使端子23上的热量以较高的效率经制冷部31向散热部32传递，提高了结构的紧凑性，方便布置多个端子23和半导体冷却装置30。
78.在一实施方式中，制冷部31和散热部32均呈筒状，如图20所示，端子23穿设于制冷部31内，散热部32套设于制冷部31外。筒状的制冷部31和散热部32都方便加工，而且接触面积大，更容易将端子23的热量转移到散热部。进一步地，制冷部31和散热部32均呈圆筒状。
79.在一实施方式中，端子23设有端子部231和连接部21，端子部231被构造成用于与外部电结构连接，连接部21用于与导线22相连接。连接部21的形状不限于一种，例如：如图9所示，连接部21的初始形状呈u形，其具有u形槽，导线22设置于该u形槽中，如图10所示，u形槽的侧壁向内弯折，可以实现将导线22压紧，从而将端子23与导线22连接到一起；如图11
‑
图14所示，连接部21可以为筒体，导线22设置于该筒体的孔内；如图15
‑
图17所示，连接部21可以呈板状，导线22设置于连接部21的一侧。导线22与连接部21之间可以采用焊接或者压接的方式实现固接。端子部231与连接部21可以一体结构，也可以为分体结构，两者可以采用焊接的方式固定到一起。优选地，端子23与制冷部31连接的位置为连接部21，有利于制冷部31吸收端子23的热量。
80.进一步地，制冷部31与连接部21的接触面积，占连接部21表面积的至少3％，以保障吸热的效率。
81.发明人为了验证制冷部31与连接部21的接触面积，占连接部21表面积的比例范围，对端子23温升的影响，选用11组相同截面积、相同材质、相同长度的导线22，以及相同的
端子23，并通相同的电流，采用不同的制冷部31与连接部21的接触面积占连接部21表面积的比例，并读取对应的的温升值，记录在表1中。
82.实验方法是在封闭的环境中，将制冷部31与连接部21的接触面积占连接部21表面积的比例不同的连接器，导通相同的电流，记录通电前的温度和通电后温度稳定时的温度，并作差取绝对值。在本实施例中，温升小于50k为合格值。
83.表1：不同制冷部31与连接部21的接触面积，占连接部21表面积的比例对连接器温升的影响
[0084][0085]
从表1中可以看出，当制冷部31与连接部21的接触面积占连接部21表面积的比例小于3％时，连接器的温升值小于合格值。覆盖面积的比例越大，温升值越小，因此，发明人将制冷部31与连接部21的接触面积占连接部21表面积的比例设定为至少3％。
[0086]
导线22包括内部的导体221和包裹导体221的绝缘层222，导体221的终端与端子23连接。半导体冷却装置30固定于保护结构装置10，制冷部31朝内，散热部32朝外，并且制冷部31的表面设置在保护结构装置10表面或保护结构装置10外部。外部电结构可以是与端子23相适配的线束线缆或者端子。
[0087]
在本发明的一实施方式中，如图21所示，半导体冷却装置30包括：氧化铝基板1011、防水保护层1012、半导体p/n层1013、电源接口1014。
[0088]
氧化铝基板1011、防水保护层1012、半导体p/n层1013依次设置。电源接口1014电连接半导体p/n层1013。
[0089]
氧化铝基板1011构成半导体冷却装置30的热端，即散热部32。半导体p/n层1013构成半导体冷却装置30的冷却端，即制冷部31。
[0090]
本实施例通过氧化铝基板1011作为半导体冷却装置30的表面，能够提导热率，使得传热速度更快，制冷时间更短，可承受的强度大，且可柔性连接，能够更好地贴覆在导体上，有效吸导体弯折处的表面应力，在安装和使用过程中不易破碎。半导体冷却装置30芯部采用特种半导体材料构成的p
‑
n结，当一块n型半导体材料和一块p型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，即通过控制直流电流就可以实现制冷控制。
[0091]
在本发明的一实施方式中，半导体冷却装置30的冷却速率为0.05k/s
‑
5k/s。
[0092]
发明人为了验证半导体冷却装置30的冷却速率对该连接器的温升的影响，选用10根相同截面积、相同材质、相同长度的导线22，以及相同的端子23，并通相同的电流，采用不同冷却速率的半导体冷却装置30，对连接器进行冷却，并读取对应的温升值，记录在表2中。
[0093]
表2：不同冷却速率的半导体冷却装置30对连接器温升的影响
[0094][0095]
实验方法是在封闭的环境中，将半导体冷却装置30的冷却速率不同的连接器，导通相同的电流，记录通电前的温度和通电后温度稳定时的温度，并作差取绝对值。在本实施例中，温升小于50k为合格值。
[0096]
从表2中可以看出，当半导体冷却装置30的冷却速率小于0.05k/s时，连接器的温升值小于合格值，半导体冷却装置30的冷却速率越大，温升值越小。但是当半导体冷却装置30的冷却速率大于5k/s时，受连接器本身发热量及半导体冷却装置30自身功率的影响，温升值降低不明显，但是半导体冷却装置30功率却增大，不符合经济性。因此，发明人将半导体冷却装置30的冷却速率设定为0.05k/s
‑
5k/s。
[0097]
在本发明的一实施方式中，该连接器包括与散热部32连接的散热装置42，以提高散热效果，有利于半导体冷却装置30的散热部32的热量向外散发，保证快速降温。具体地，散热装置42可以为风扇或热交换器或液冷装置；如图3和图4所示，散热装置42还可以是散热翼片421，散热翼片421优选采用金属制作。
[0098]
该连接器包括以下优点：(1)制冷时间短，连接部21的温度升高时，能够在较短时间内对连接部21进行降温；(2)能够比较稳定地控制该连接器的温度，防止过载引起的连接点烧断，减少安全事故；(3)通过降低连接点的温度，实现可以不用对线缆进行增大线径的设计，设计线缆时可以使用在额定发热曲线时的线径，不必在设计时考虑为减小连接部的电阻而增大线缆的线径，从而缩小线缆线径，降低了线缆的成本；(4)通过使用该连接器，能够解决电动汽车充电电流较大时连接点温度过高的问题，有助于实现电动汽车充电线束大电流快速充电；(5)半导体冷却装置30的散热部32可以连接其它需要加热的部件，提高能量的利用率。
[0099]
实施例二
[0100]
本发明提供一种汽车，包括上述的具有半导体冷却装置的连接器，该汽车中的连接器具有上述的结构、功能和有益效果，在此不再赘述。
[0101]
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。