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CN114128076A - 经温度监控的充电插式连接器部件 - Google Patents

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CN114128076A
CN114128076A CN202080048223.9A CN202080048223A CN114128076A CN 114128076 A CN114128076 A CN 114128076A CN 202080048223 A CN202080048223 A CN 202080048223A CN 114128076 A CN114128076 A CN 114128076A
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Phoenix Contact eMobility GmbH
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Abstract

本发明涉及一种用于与对配插式连接器部件(3)连接的插式连接器部件(1)，包括至少一个负载触点(10A，10B)和至少一个用于检测所述负载触点(10A，10B)的温度的温度传感器(11A，11B)。其中，设有评估单元(12)，其适于检测温度传感器(11A，11B)的至少一个传感器值和有关经过负载触点(10A，10B)的电流的参数的至少一个值。

Description

经温度监控的充电插式连接器部件
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于与对配插式连接器部件连接的插式连接器部件，一种用于为电动车辆充电的充电站，一种电子模块，以及一种插式连接器系统。
背景技术
特别是在电动交通的领域中，对于插式连接器部件和与其连接的充电缆线而言，在功能性、稳定性和安全性方面有特别高的要求。为了尽可能缩短电动车辆的牵引电池的充电时间，有时传输乃至500A的直流电流。
在插式连接器部件被使用多年，并且可能历经数千个充电循环的情况下，并且特别是因为环境影响，插式连接器部件或者配套的对配插式连接器部件可能会磨损或损坏。这样一来，插式连接器部件的负载触点与对配插式连接器部件的负载触点之间的接触电阻可能会增大。在负载电流较大的情况下，这类接触电阻可能会导致剧烈升温，此升温又可能造成插式连接器部件损坏甚或失灵。
为了避免接触电阻的这类后果，可以为插式连接器部件配备温度监控装置，用以在存在不允许的升温的情况下，在发生损坏前将充电操作终止。
DE 10 2014 111 185 A1描述过一种用于与对配插式连接器部件连接的插式连接器部件，其具有用于检测插式连接器部件上的升温的温度传感器装置，其中温度传感器装置具有至少一个传感器元件，其适于侦测由至少一个电接触元件发射的红外辐射。借此能够特别迅速地引发应对措施，例如将充电电流切断。
发明内容
本发明的目的在于，实现对插式连接器部件的状态的尽可能精确的监控。
本发明用以达成上述目的的解决方案为具有权利要求1的特征的标的。
据此，提供一种用于与对配插式连接器部件电连接的插式连接器部件，其包括一个负载触点(或者数个负载触点)、一个用于检测所述负载触点的温度的温度传感器(或者数个温度传感器)和一个评估单元。所述评估单元适于检测所述温度传感器的至少一个传感器值和有关经过负载触点的电流的参数(或者电流参数)的至少一个值。
这基于以下认识：在除了负载触点的温度以外也关注电流的情况下，能够特别精确地判断出插式连接器部件的状态。
所述插式连接器部件例如还包括电流测量装置，其用于测量充当电流参数的流经负载触点的电流(例如充电电流)的电流强度。某些温度在特定的电流强度下可能是毫无问题的，在其他电流强度下则表明接触电阻过高。例如，一个较高但尚可接受的温度可能在较高的电流强度下处于正常范围内，在相对较低的电流强度下则显示出问题。据此，例如在达到临界的温度阈值前，便已能提前识别出问题。作为替代或补充方案，所述插式连接器部件的评估单元获得通常经充电站(例如充电柱)调节的充电电流，以及/或者充电站的另一电流参数，例如充电站中的电子装置的电流参数。为此，评估单元可选地包括通信接口。
评估单元还可适于将电流的持续时间作为电流参数加以确定。为此，评估单元例如测量不为零的电流强度的持续时间。如果在相对较短的持续时间后即已达到特定温度值，则例如在温度大幅升高前，便能够推断出过高的接触电阻。
可选地，所述评估单元适于(至少)根据所述温度传感器的至少一个传感器值和所述电流参数的至少一个值测定性能参数。所述性能参数例如体现插式连接器部件的性能。借助此性能参数能够特别简单地判断出插式连接器部件的状态。
根据一个进一步方案，所述评估单元包括存储器和/或处理器。在所述存储器上存储有至少一个比较值。所述处理器例如用于将性能参数与所述比较值进行比较。所述比较值例如可以给出针对插式连接器部件的新状态的性能参数。
可选地，所述评估单元适于基于所述温度传感器的至少一个传感器值和所述至少一个电流参数(以及/或者根据由此测定的性能参数)输出一个控制信号，其用于降低经负载触点传输的电流的电流强度以及/或者用于中断经负载触点传输的电流。
所述插式连接器部件可以包括至少两个负载触点。可选地，针对每个负载触点，插式连接器部件均包括至少一个用于检测对应的负载触点的温度的温度传感器。借此，当在负载触点中的任意一个上发生剧烈升温时，能够快速地加以识别。
此外，所述插式连接器部件可以包括为了检测环境温度而布置和配置的温度传感器。
可选地，所述评估单元适于根据负载触点的温度和环境温度计算出相对的负载触点温度，例如通过取负载触点的(绝对)温度减去环境温度的差。借此能够对例如因特别高或特别低的环境温度而造成的负载触点温度失真进行补偿。
所述插式连接器部件可选地包括把手。在所述把手上可以对插式连接器部件进行手动操作，特别是可以将其插至对配插式连接器部件上和从对配插式连接器部件拔下。可选地，所述用于检测环境温度的温度传感器是布置在所述把手上。
所述插式连接器部件可以是高电流和/或高电压插式连接器部件。例如，插式连接器部件适于传导具有10kW或以上、特别是50kW或以上、135kW或以上、或者350kW或以上的功率的电流。作为替代或补充方案，插式连接器部件适于传导具有100A或以上、特别是200A或以上、特别是300A或以上、特别是500A或以上的电流强度的电流。
根据一个方面，提供一种用于为电动车辆充电的充电站。所述充电站包括至少一个根据在此描述的任意一个技术方案的插式连接器部件。所述充电站例如连接至电网。
根据一个方面，提供一种针对根据在此描述的任意一个技术方案的插式连接器部件的电子模块，包括所述至少一个温度传感器、所述评估单元、和所述用于测量流经插式连接器部件的负载触点的电流的电流强度的电流测量装置。
根据一个方面，提供一种插式连接器系统，具有：包含一个或两个负载触点的插式连接器部件，一或数个温度传感器，用于检测流经所述负载触点的电流的电流强度的电流测量装置，以及评估单元。所述评估单元适于：检测所述温度传感器的至少一个传感器值，检测来自电流测量装置的至少一个电流强度值，检测经过负载触点的电流的持续时间，基于检测的值实施与至少一个比较值的比较，以及，基于比较结果产生控制信号。其中，可以相对环境温度确定温度的传感器值。
附图说明
下面结合附图所示实施例对本发明的基本理念进行详细说明。
其中：
图1示出包含设有的线缆和插式连接器部件的充电站，以及包含对配插式连接器部件的车辆；
图2和图3为如图1所示插式连接器部件的视图；以及图4至图7为如图2和图3所示插式连接器部件的零件的不同视图。
具体实施方式
图1示出形式为电动车辆的电驱动车辆5，其具有可反复充电的电池51和充电装置50。车辆5具有一或数个电动马达，其可由来自电池51的电流驱动。为了对电池51进行充电和/或放电，设有用于将车辆5连接至充电站3的插式连接器。
所述插式连接器包括两个相互匹配并且能够以可解除的方式相互电连接的插式连接器部件1、4，其中的一者用作另一者的对配插式连接器部件。插式连接器部件1、4中的一者是固定地与线缆2连接，所述线缆将插式连接器部件1与充电站3连接(在此为固定连接，作为替代方案可通过另一插式连接器实现)。这两个插式连接器部件1、4中的另一者是固定地安装在车辆5上，并且在下文中被称作对配插式连接器部件4。
充电站3适于提供用于为车辆5充电的充电电流。在此，充电站3适于提供直流电流(替代或补充方案为交流电流)形式的充电电流。在所示示例中，充电站3是高功率充电站，其能够提供电流强度高于100A、在此为500A的充电电流。
图2和图3为充电站3的插式连接器部件1的不同视图。在此，插式连接器部件1是依据CCS(Combined Charging System，联合充电系统)类型2的标准构建。
插式连接器部件1包括两个用于传输直流电流的负载触点10A、10B。负载触点10A、10B分别适于与对配插式连接器4的对应的对配触点电接触(在此适于容置触针)。插式连接器部件1还包括保护性接地触点16(PE触点)以及其他触点17(例如用于数据传输)。
插式连接器部件1包括壳体15，其具有壳体外罩152A、152B和插接区段151。插接区段151承载负载触点10A、10B，保护性接地触点16以及其他触点17。插接区段151是保持在壳体外罩152A、152B之间。
壳体15、具体而言壳体外罩152A、152B形成把手150，使用者可以利用该把手握住插式连接器部件1、将其插至对配插式连接器部件4上或者从对配插式连接器部件拔下。
插式连接器部件1是与线缆2连接。针对负载触点10A、10B中的每一个、保护性接地触点16以及其他触点17，线缆2均具有一个对应的导线。
通过负载触点10A、10B能够将数百安培的的电流传输至对配插式连接器部件4。如果在电流传输期间在负载触点10A、10B中的至少一个与对配插式连接器4的对应的对配触点之间存在过大的接触电阻，则负载触点10A、10B可能因此升温。这种接触电阻例如是因一个或两个负载触点10A、10B的接触轮廓受损、污染或者腐蚀造成。
如果一个负载触点10A、10B或者两个负载触点10A、10B过度升温，则插式连接器部件1和/或对配插式连接器部件4可能受损，甚至对使用者构成危险。
结合示出插式连接器部件1的其他组件的图4至图7特别是可以看出，插式连接器部件1包括至少一个用于检测至少一个负载触点10A、10B的温度的温度传感器11A、11B，以及评估单元12。评估单元12适于检测所述至少一个温度传感器11A、11B的至少一个传感器值和有关经过负载触点10A、10B的电流的电流参数的至少一个值。借此能够特别精确地判断出插式连接器部件1的当前状态。在此，评估单元12为电子评估装置。
在所示示例中，为了分别检测两个负载触点10A、10B中的一个的温度，插式连接器部件1包括各一温度传感器11A、11B。为此，温度传感器11A、11B中的每一个均以与这两个负载触点10A、10B中的一个相邻(在此为接触)的方式布置。所述温度传感器例如构建为温敏电阻器或者红外线传感器。评估单元12适于从负载触点10A、10B的两个温度传感器11A、11B获得传感器值。
除了用于测量负载触点10A、10B的温度的温度传感器11A、11B以外，插式连接器部件1包括用于测量环境温度的温度传感器11C。用于测量环境温度的温度传感器11C是安装在壳体15的外壁上，在此安装在位于壳体外罩152A、152B之间的凹口中。为了尽可能减小被负载触点10A、10B的升温影响的程度，针对环境温度的温度传感器11C是以与负载触点10A、10B间隔(尽可能远的)一定距离的方式布置，在此例示性地位于把手150的区域内并且位于壳体顶侧上。针对环境温度的温度传感器11C还以具有与周围环境的良好热连接的方式布置。
评估单元12适于根据负载触点10A、10B的温度传感器11A、11B的传感器值和根据温度传感器11C的传感器值确定负载触点11A、11B的相对温度，例如通过求差实现。这样便能修正环境温度对测得的负载触点10A、10B的温度的影响。
插式连接器部件1包括印制电路板13。针对环境温度的温度传感器11C是通过连接线122连接至印制电路板13并且借此连接至评估单元12。在此，评估单元12是构建为连接至印制电路板13的电子模块的形式。针对每个负载触点10A、10B，印制电路板13具有各一凹部130。负载触点10A、10B(至少)部分地容置在凹部130中。
负载触点10A、10B给定一个插接方向，沿该插接方向能够将插式连接器部件1插入对配插式连接器部件4中或者插至对配插式连接器部件上。印制电路板13是平整的，并且垂直于所述插接方向。
如图4至图7所示，负载触点10A、10B分别连接至线缆2的一个导线20A、20B(具体而言为各一直流线路)。
所示评估单元12检测数个电流参数。在本示例中，评估单元12检测流经两个(替代方案为仅一个)负载触点10A、10B的电流的电流强度，以及电流的持续时间。
为了测量经过负载触点10A、10B中的每一个的电流强度，插式连接器部件1包括电流测量装置14。电流测量装置14是布置在壳体15中。在此，电流测量装置14具有两个磁场传感器140A、140B。磁场传感器140A、140B中的每一个均以与负载触点10A、10B中的一个相邻的方式布置，用以(间接地和非接触地)检测被电流流过的负载电流路径的磁场，据此推断出相应的电流强度。为了尽可能减小被另一负载触点10A、10B影响的程度，负载触点10A、10B的磁场传感器140A、140B是布置在对应负载触点10A、10B的背离另一负载触点10A、10B的一侧上。通过将负载触点10A、10B容置在印制电路板13的凹口130中，以特别简单的方式实现上述方案。
评估单元12例如如下检测电流的持续时间：对借助电流测量装置14测出超出给定阈值的、例如不同于零的电流强度的状况的持续时间加以测定(在低于给定的持续时间的情况下不中断或者中断)。
通过检测负载触点10A、10B的相对温度和至少一个电流参数，借助评估单元12能够特别精确地判断出插式连接器部件1的状态。评估单元12例如能够识别：在负载电流相对较低的情况下，在短时间后，负载触点10A、10B中的一者或两者即已具有相对较高的相对温度。在此情形下，在温度进一步提升前，评估单元12例如能够识别出接触电阻明显过高的情况。这样便能及时防止插式连接器部件1的状态进一步恶化，并且视情况而定也防止对配插式连接器部件4的状态进一步恶化。
评估单元12适于将控制信号输出至诸如充电站3，例如用以在插式连接器部件1的状态不足以应对特定充电电流的情况下，将充电电流降低或者切断。作为替代或补充方案，评估单元12能够在识别出过高的温度的情况下终止与充电站3的标准通信，借此使充电站3尽快切断。
评估单元12包括处理器120和存储器121。评估单元12例如是具有数据存储器的微控制器。在存储器121上例如存储有比较值和/或阈值，处理器120能够读取这些值，以将其与一或数个测量值进行比较。
此外，评估单元12适于根据测得的时间量(电流的持续时间)、电流强度和温度(负载触点10A、10B的相对温度)计算出性能参数。所述性能参数例如体现插式连接器部件1的性能和/或状态。在此，性能参数描述的是在充电操作期间的升温特性。所述性能参数例如可以是充电操作的每个单位时间的相对温度提升。可选地，性能参数还将与前一充电操作的时间间隔考虑在内。评估单元12可以适于测定当前的充电操作的开端与前一充电操作的末尾之间的持续时间(并且在确定性能参数时考虑在内)。这样便能将因前一充电操作引起的尚未完全消退的升温考虑在内。举例而言，在寒冷的夜晚后进行的第一个充电操作的温度曲线不同于例如第五个充电操作。
评估单元12将测定的性能参数与存储器121中的给定值进行比较。在参数恶化的情况下，评估单元12计算出修正措施(例如使得电流强度降低与性能参数对应的量，或者进行切断)，并且将这个修正措施传达给充电站3。存储在存储器121中的给定值例如对应处于新状态或理想状态下的插式连接器部件1的性能参数。
除了单个性能参数以外，也可以通过评估单元12测定参数特性曲线，并将其与存储在存储器121中的比较特性曲线进行比较。
可选地，(通过评估单元12或者充电站3)将性能参数例如以遥测方式转发，从而在这方面实现对许多充电装置的集中监控。
在许多情形下，在充电插式连接器部件中已设有电子装置，因此，特别易于增设温度传感器11A-11C、电流测量装置14和评估单元12。作为替代方案，(除负载触点10A、10B的温度以外，)所有其他被测变量均通过充电站3检测(作为插式连接器系统)。
这样便能借助评估单元12主动地并且特别精确地对插式连接器部件1的性能进行监控。
温度传感器11A-11C、评估单元12、印制电路板13和电流测量装置14在此构成电子模块。
因此，插式连接器部件1是充电插式连接器部件，该充电插式连接器部件能够自动地对其性能(就载流能力)进行监控。为此，测量充电电流和充电电流持续时间，以及负载触点10A、10B相对于周围环境的相对温度提升。在内部将这些变量中的两个(例如充电电流和相对温度提升)的关系换算成性能参数。将这个性能参数与新状态下的典型值进行比较。在偏差高于给定的阈值的情况下，充电插头中的电子装置计算出在充电装置这一侧需要采取的措施(例如减小电流或者切断)，并且触发这些措施。评估单元12例如测定下列被测变量：充电电流、充电持续时间、负载触点的温度(针对两个电流路径分别单独测定)，以及环境温度。
前文结合插式连接器部件1所作的描述仅为例示性，并且，插式连接器1特别是也可以构建为对应的对配插式连接器4的形式，即(可)安装在车辆5上，而非安装在把手上。
根据一个替代方案，提供一种传感器系统，其中评估单元12和电流测量装置14布置在充电站3上，并且，评估单元12例如以无线方式或者通过线缆2接收温度传感器11A-11C的传感器值。
附图标记说明
1 插式连接器部件
10A，10B 负载触点
11A-11C 温度传感器
12 评估单元
120 处理器
121 存储器
122 连接线
13 印制电路板
130 凹口
14 电流测量装置
140A，140B 磁场传感器
15 壳体
150 把手
151 插接区段
152A，152B 壳体外罩
16 保护性接地触点
17 触点
2 线缆
20A，20B 导线
3 充电站
4 对配插式连接器部件
5 车辆
50 充电装置
51 电池。

Claims (14)

1.一种用于与对配插式连接器部件(3)连接的插式连接器部件(1)，具有至少一个负载触点(10A，10B)和至少一个用于检测所述负载触点(10A，10B)的温度的温度传感器(11A，11B)，
其特征在于
评估单元(12)，所述评估单元适于检测所述温度传感器(11A，11B)的至少一个传感器值和有关经过负载触点(10A，10B)的电流的参数的至少一个值。
2.根据权利要求1所述的插式连接器部件(1)，其特征在于电流测量装置(14)，其用于测量流经所述负载触点(10A，10B)的电流的电流强度，作为有关经过负载触点(10A，10B)的电流的参数。
3.根据权利要求1或2所述的插式连接器部件(1)，其特征在于，所述评估单元(12)适于确定电流的持续时间，作为有关经过所述负载触点(10A，10B)的电流的参数。
4.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(1)，其特征在于，所述评估单元(12)适于根据所述温度传感器(11A-11C)的至少一个传感器值和所述有关经过负载触点(10A，10B)的电流的参数的至少一个值，测定性能参数。
5.根据权利要求4所述的插式连接器部件(1)，其特征在于，所述评估单元(12)包括存储器(121)，在所述存储器上存储有至少一个比较值，并且所述评估单元包括用于将所述性能参数与所述比较值进行比较的处理器(120)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(1)，其特征在于，所述评估单元(12)适于以所述温度传感器(11A，11B)的至少一个传感器值和所述至少一个有关经过负载触点(10A，10B)的电流的参数为基础，输出用于将经过负载触点(10A，10B)传输的电流的电流强度降低的控制信号。
7.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(1)，其特征在于两个负载触点(10A，10B)，以及分别针对所述负载触点(10A，10B)中的每一个的、用于检测相应负载触点(10A，10B)的温度的温度传感器(11A，11B)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(1)，其特征在于用于检测环境温度的温度传感器(11C)。
9.根据权利要求8所述的插式连接器部件(1)，其特征在于，所述评估单元(12)适于根据所述负载触点(10A，10B)的温度和所述环境温度计算出相对的负载触点温度。
10.根据权利要求8或9所述的插式连接器部件(1)，其特征在于把手(150)，其中所述用于检测环境温度的温度传感器(11C)是布置在所述把手上。
11.根据上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(1)，其特征在于，所述插式连接器部件(1)适于传导200A或更高的电流。
12.一种用于为电动车辆(5)充电的充电站(3)，包括如上述权利要求中任一项所述的插式连接器部件(1)。
13.一种针对如权利要求1-11中任一项所述的插式连接器部件(1)的电子模块，包括所述至少一个温度传感器(11A，11B)、所述评估单元(12)和用于测量流经所述插式连接器部件(1)的负载触点(10A，10B)的电流的电流强度的电流测量装置(14)。
14.一种插式连接器系统，具有
-包含至少一个负载触点(10A，10B)的插式连接器部件(1)，
-至少一个温度传感器(11A-11C)，
-用于检测流经所述负载触点(10A，10B)的电流的电流强度的电流测量装置(14)，以及
-评估单元(12)，所述评估单元适于：检测所述温度传感器(11A-11C)的至少一个传感器值，检测来自所述电流测量装置(14)的至少一个电流强度值，检测经过负载触点(10A，10B)的电流的持续时间，基于所述检测的值实施与至少一个比较值的比较，以及，基于比较结果产生控制信号。
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