TWI479755B - 用於將電動車連接至充電站之充電電纜插頭 - Google Patents

Description

用於將電動車連接至充電站之充電電纜插頭 發明領域

本發明的標的物是有關於一種用以連接一電動車至一充電站的充電電纜插頭，該充電電纜插頭包含一具有建構以連接至一充電站及/或一車輛之電氣接點的外殼。本發明之標的物更關於一包含此插頭的充電電纜，以及一由該充電電纜、與該充電電纜連接之該電動車及/或與該充電電纜連接之該充電站所組成的系統。

發明背景

在未來電動車的普及性注定會大增。隨著電動車的普及性，供電的基礎建設也有了新的需求。電動車不僅要能夠在家用範圍內補充電能，在家用範圍以外也必須能夠補充電能。為了達到此目的，公共場合應備有充電站，以使電動車的使用者在該處能獲得電能。舉例來說，該等充電站可設置於公共停車區域、於停車場或甚至是私人停車區域，例如在使用者工作地點的區域。電動車的使用者可接著將他們的電動車連接至這些充電站。在他們不在場時，該等電動車的電池可被充電。

然而，在公共區域可使用的固定充電站有一使用上的缺點，即該等電動車的結構是混雜的，其意指代表極端不同的電動車係以極端不同的插頭與插頭系統來操作。

個別插頭與插頭系統的使用實質上依據所欲的充電過程形式而定。因此，首先，在充電過程期間產生一差異：在以低到適中的充電電流持續一長時間之正常充電期間，可使用由家用領域已知的具有小或中等電纜截面的充電電纜。在以較高安培數且較短時間進行之快速充電期間，需要有相應較大截面的充電電纜。舉例來說，具有電纜截面積6 mm² 的充電電纜可用於最高32A，然而如同用於快速充電站之具有截面積16 mm² 的此類充電電纜，則容許安培數高達63A。

且，在電纜連接的形式上也有一差異：該電動車可藉由使用與該電動車永久連接的充電電纜及插頭，或是可藉由使用一具有連接至該電動車及該充電站之電纜連接器的卸除式電纜配件，連接至充電站內的交流電源供應系統。

一般而言，一習知的連結或延長電纜在一端有一插頭及在另一端有一聯結器。主要用在工業領域或有更高功率消費者的家用領域中之電纜系統，已知為所謂的CEE－插頭連接器且以多種變化態樣存在。

其等係經設計以致於在每種情況下，一種類型的插頭只能適用於同類型的插孔及/或插座。因此該個別連接器之本質與直徑與載流量有關，在安培數16A、32A、63A以及125A之間有差別。在已知的CEE－系統中，不同安培數的插頭與插座不可能彼此連接。在此插頭連接系統中，僅有該等聯結器被視為電流傳導部件，且因此僅有該等聯結器的接點被設計成絕緣使得其等是耐電擊的。

然而，這種已知的CEE-插頭連接器不適合用來與充電電動車連接。一個理由是，不僅能量可以儲存於電動車的電池中，但另一方面，能量是要能夠從該電動車傳輸回該充電站。因此，在這種充電電纜中，該聯結器之接點以及該插頭之接點皆必須要絕緣以使得其等是耐電擊的。或者，也可能使用一具有兩個插頭的充電電纜。

因此，為了確保一連接選項之對應廣泛適用性，在電動車中，插頭且/或聯結器之尺寸的已知分級會依照容許安培數而有所不同，其中小插頭尺寸對應16 A之安培數，中插頭尺寸對應32 A之安培數，而大插頭尺寸對應63 A之安培數。

然而，不論個別的充電電流有多高，一電動車可藉由同一條充電電纜與該充電站的一插座連接是被渴望的。然而，使用一單一尺寸的充電電纜之插頭連接器，要求該充電電纜且/或該插頭連接器之最大容許安培數的標示，以致能避免過載。對於此標示，已知為進行所謂的最大安培數的〝寫碼〞，其中一歐姆電阻器安置於該插頭連接器的外殼內。不同的電阻值使用於不同的容許安培數。在該插頭連接器與該電動車且/或該充電站的連接中，已決定個別地點的歐姆電阻器之數值，以及由其偵測到之該充電電纜之最大容許安培數的數值。藉由知曉該充電站所產生的最大充電電流且亦考量該電動車所需的能量大小，在給訂條件已設定好的情況下，接著藉由該最適化充電電流產生一同步性，該充電電流由總充電電路鏈中最弱的連結決定。

然而，該充電電纜最大容許安培數之已揭露的寫碼具有僅安培數的特定離散數值可被預先決定之缺點。在因為插頭連接器之老化過程或腐蝕導致接點劣化的情形下，其導致在該插頭連接器區域之電阻增加，因此，產生意外的風險直到並包括該插頭連接器的燃燒。最主要的原因是當使用一對應預先決定的固定寫碼值之充電電流時，因劣化之接點連接區域的較大熱逸散，發生無法允許的溫度上升。

發明概要

本發明的目的在改良前述類型的一裝置且/或一系統，使得可達到對抗所揭露的熱風險之更佳安全性。

此目的係藉由一用以連接一電動車至一充電站之插頭裝置來達成，該插頭裝置具有以下特徵：一外殼，一電氣連接接點，其係用於該充電站或該電動車中的一連接裝置，一寫碼裝置，其係設置於該外殼，且用於可透過該充電電纜傳輸的安培數之數值，一溫度偵測裝置，其係設置於該外殼之區域中，一評估裝置，其係用以計算一溫度校正寫碼值，以及一通訊裝置，其係用以傳送至一充電電流控制裝置。

再者，此目的更可藉由一裝設有該插頭裝置的充電電纜達成。

再者，此目的更可藉由一由裝設有該插頭裝置的充電電纜以及一具有用於該連接插頭之接收裝置的電動車所組成之系統達成。

再者，此目的更可藉由一由裝設有該插頭裝置的充電電纜以及一適用於具有用於該插頭裝置之接收裝置的電動車之充電站所組成的系統達成。

本發明之特徵在藉由在該插頭裝置區域的溫度偵測，亦即直接在該插頭外殼或是在緊鄰該插頭外殼的周圍，例如在與該插頭外殼連接之該接收裝置，可產生由該寫碼裝置預先決定之最大容許電流之數值的修正。當在該插頭外殼且/或在該接收裝置區域偵測到一溫度變動，例如因老化或腐蝕過程產生的結果，安培數之寫碼裝置的預先決定之數值也相對應地修正。特別是，當偵測到一高於室溫的溫度，引起該充電電流之對應降低。結果，充電時間任擇地明顯增加，但可免除在該充電站熱過載時發生之完全關閉該充電電流電路。

本發明的一實施例提供該寫碼裝置以及該溫偵測裝置被分配給一共同的評估裝置，以使具有該溫度校正寫碼值之該評估裝置的輸出訊號可進一步被處理。

當該溫度偵測裝置包括一熱電元件時，有利以及高準確的實現是有可能的。

當該溫度偵測裝置設置於該連接裝置時，特別是在一該充電站或該電動車的插座內，可補償因老化或腐蝕過程產生的缺點，其理由在於此點。

當該溫度偵測裝置設置於該外殼中，可補償因老化或腐蝕過程產生的缺點，其理由在於外殼。

當該溫度偵測裝置是一溫度依存性電阻器，特別是一依據需求有一正或負溫度係數之熱敏電阻器時，產生一特別有利的解決方案。

一歐姆電阻器適用於作為一寫碼裝置，該熱敏電阻器可相對地與其並聯或串聯。

在每種情況下，一特定歐姆電阻數值可對應於該充電電纜的每一容許安培數之數值(16 A、32 A，63 A)。

例如由該熱敏電阻器與歐姆電阻器形成之電路裝置的溫度特性曲線，在每種情況下都較佳地選擇並彼此同步，使得每種情況下不同安培數數值得到非重疊區域。此意味著利用一特定安培數，例如32 A，由於溫度的結果，該電路的總電阻值之最大改變值使得數值範圍不會與應用於一不同安培數的數值範圍一致。結果，在整個所討論的溫度範圍內，與使用的充電電纜之〝標示〞電流間總有一清楚的關聯。

更佳地，除了該充電電流之電源傳輸線外，在該溫度校正寫碼值可傳送至於該電動車側的充電控制裝置之範圍，提供一用於該控制訊號之引示訊號線。

該寫碼裝置可因此設置在一引示訊號連接器以及該引示訊號線的例如一接地導體之接地保護導體之間，以及設置在該引示訊號線之兩連接器之間。

一可較佳地實際使用的實施例，該寫碼裝置係與該插頭裝置的〝插頭顯示〞連接器結合。

依照本發明設計之插頭裝置較佳地在每種情況中係設置在一充電電纜的兩端中之一。在此，可與該電動車及該充電站上之個別接收裝置產生連接。

為了確立由該電動車汲出之安培數是否符合該對應於溫度校正寫碼值的容許安培數，在該充電站提供一電流偵測裝置用於特別是該電動車使用之電流的相位相關偵測，該電流偵測裝置較佳為一能量計的部件。

本發明之標的物將參考圖式更詳細地描述於下文中，其中：第1圖顯示一系統建構之方塊圖，該系統是由一電動車和透過一充電電纜與其連接之一充電站組成；第2圖顯示一依據本發明之一示範實施例的插頭裝置詳細圖；第3a圖顯示設置溫度校正寫碼裝置之電路圖；第3b圖顯示設置溫度校正寫碼裝置之電路圖；以及第4圖顯示一具有不同安培數之溫度特性曲線之圖式。

較佳實施例之詳細說明

在第1圖中，顯示一電動車10，其包含一電池11，該電池透過一充電電流控制裝置12充電。為這目的，該電動車10透過一充電電纜30與一充電站20連接。

該充電電纜30在其兩端各有一插頭裝置14、24，一端的插頭14可與一位於該電動車10的插座13連接，該充電電纜30另一端的插頭24可與一位於該充電站20的插座23連接。

該充電站20具有來自一能源電力供應裝置21之電力供應。此電力是透過一供電線供應，該供電線是藉由一接觸器22接通與關閉，且受一斷路器和/或一殘餘電流裝置(RCD)25保護。由該電動車10提取的電能係藉由一電度表(圖未示)以一相應已知方法偵測。

第2圖顯示一通過該充電電纜30之插頭裝置14的截面的詳圖。該插頭裝置具有一外殼40，一方面，有例如L1、L2、L3、N、PE之該電力線，以使該充電電纜30之充電電流饋入，且其輸出係由電氣接點41所形成，該插頭裝置係可卸除地與相對應的插座連接，在本實施例中為該電動車10之該插座13中。且，該插頭裝置14更包含電氣接點45，其係用以連接至少一用於傳遞引示訊號之引示訊號線44。最終，一輔助接點46設置於該插頭裝置14，其係一所謂的〝插頭顯示〞接點，亦即，一個具有顯示一插頭存在與否的功能之接點。

該充電電流以一已知的方式，從該充電電纜30，透過該插頭裝置14的相對應組件，經過其電氣接點41，流入經該充電電流控制裝置12通往該電動車10之電池11的線路。

於該外殼中，設置一電路，該電路是由並聯設置之一歐姆電阻器42與一熱敏電阻器42a組成。第2、3a及3b圖顯示此並聯電路配置之每種情況下的變化態樣。該由並聯設置之該歐姆電阻器42與熱敏電阻器42a組成的並聯電路，可作為一種選擇，(第2圖)可設置於兩引示訊號線45之間。另外，該並聯電路，作為另一種選擇，(第3a圖)可設置於該〝插頭顯示〞連接器46與地面之間，或者，設置於一引示訊號連接器45(第3b圖)與地面之間。在線路配置之三個引用例的每一者中，一評估裝置43係設置於該兩部件42、42a的下游。設置於該評估裝置43中之電路，目的在於偵測該等組件42、42a之並聯電路之總電阻值，以及由此產生一該充電電纜30之容許溫度－校正安培數之控制訊號。

以上會更佳詳述於第4圖中：第4圖顯示一特性家族，其中每一曲線都被指定該充電電纜30之一特定的參考安培數。上方的曲線關於63A之安培數，中間的曲線關於32A之安培數，下方的曲線關於16A的安培數。所測得之總電阻值應用於此圖的橫坐標。水平虛線之特性曲線對應到不考慮溫度依存性的相對電阻值，而實線的特性曲線則有考慮到總電阻值之溫度依存性變動。於一上限溫度(Tmax)和一下限溫度(Tmin)所定義出之個別溫度區間內，可以界定出三個區域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。藉由該評估裝置43，產生一量測總電阻值與溫度校正參考安培數之間的關聯性。舉例來說，依照上方的特性曲線，其容許的安培數相對於在室溫時之標稱值63A，降低至一個數值，例如在上限溫度Tmax下的55A。這也同樣適用於較低安培數值的曲線。該歐姆電阻值與個別的溫度依存性電阻之測量，是在區域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ不重疊的情況下施行的，因此在全部的溫度範圍內，量測總電阻值與容許的安培數之間，有一清楚的相互關係。

該裝置之運作顯示如下：

當該電動車10的使用者想充電該電池11充電時，該插座13與一充電電纜30連接，其中該插頭14插入該插座13中。同樣地，在該選擇的充電站20，例如一停車場區域中的公共充電站，該充電電纜30的另一端係與插頭24插入該充電站20的該插座23。

該車輛使用者所用的該充電電纜30具有其電纜線之一特有的銅截面，藉此定義流經該充電電纜30的最大可容許電安培數。為了寫碼，亦即建立，此數值，該充電電纜30在至少兩個插頭14、24的區域內含有一歐姆電阻器42，其標稱值也清楚的指定該可容許安培數。一特定歐姆電阻值因此對應於該充電電纜30的每一標稱安培值，例如16A、32A或63A。藉由利用電路技術將該歐姆電阻器42與一由熱敏電阻42a器所構成之溫度依存性電阻器耦合，產生一總電阻值，其數值－依照選擇的溫度量測點－由分布於該插頭14之外殼40或其周圍的溫度所決定。

透過該引示訊號線44，此數值可在該電動車10或該充電站20的區域內，以度量的方式偵測得到。依據該偵測值，兩部件(電動車10、充電站20)皆與系統之最大容許充電電流同步。此由該電動車的充電線路、該充電電纜30與該充電站20的充電電路組成之鏈中最弱的連結決定。

由於該如上揭露的評估裝置43所測得的溫度的結果，安培數寫碼值之改變，當例如因接觸不良之損壞或老舊的插頭而溫度增加時，一較低的安培數容許值會發送給該充電電纜30。藉由此溫度校正寫碼值正透過該引示訊號線44傳輸至該電動車10內該充電電流控制裝置12，設定一相對於該充電中車輛之該充電電纜30的參考安培數，例如32A，較為減低的安培數。於是整個系統－由該電動車、該充電電纜與該充電站所構成－有一結果，即充電過程中所用的安培數，會較該充電電纜無損壞的連接情況下可能用的安培數，來得低。其成果為，在整個充電過程不被中斷的情況下，整個系統受到保護免於熱過載。因此該充電過程可以繼續下去，考量到會比無損壞狀態下花較長的充電時間。

在該充電站30中，正透過該電表22查核，由該電動車10內之該充電控制裝置12所設定的安培數，是否實際上也與對應個別部件之間的同步且另外符合車輛使用者同意之合約狀況之安培數相對應。如果在此實例中有一未經授權的偏移量產生，該充電站30內之電流供應將因該接觸器22的關閉而中斷。一相對應監控不只透過各自的相位電流，也透過該車輛所用之電力值偵測。

於本發明的範圍中，溫度偵測裝置的位置不只直接在該插頭外殼內，也在該插頭範圍外的充電電纜之連接內，例如在插座的範圍。透過各自量測位置的選擇，可產生一相對應的損壞定位，也可啟動一相對應的措施，例如替換該充電電纜或是更換、維修其中的各獨立部件。

此外，也提供傳遞該充電電纜之偵測到的缺點給相對的使用者之可能性，而電力供應商也將知道其識別碼，以便進行該有缺陷之充電電纜的更換或維修。

10．．．電動車

11．．．電池

12．．．充電電流控制裝置

13．．．插座

14．．．插頭裝置、插頭

20．．．充電站

21．．．能源電力供應裝置

22．．．接觸器、電表

23．．．插座

24．．．插頭裝置、插頭

25．．．殘餘電流裝置

30．．．充電電纜

40．．．外殼

41．．．電氣接點

42．．．歐姆電阻器

42a．．．熱敏電阻器

43．．．評估裝置

44．．．引示訊號線

45．．．引示訊號連接器、電氣接點

46．．．輔助接點、〝插頭顯示〞連接器

第1圖顯示一系統建構之方塊圖，該系統是由一電動車和透過一充電電纜與其連接之一充電站組成；

第2圖顯示一依據本發明之一示範實施例的插頭裝置詳細圖；

第3a圖顯示設置溫度校正寫碼裝置之電路圖；

第3b圖顯示設置溫度校正寫碼裝置之電路圖；以及

第4圖顯示一具有不同安培數之溫度特性曲線之圖式。

14．．．插頭裝置、插頭

30．．．充電電纜

40．．．外殼

41．．．電氣接點

42．．．歐姆電阻器

42a．．．熱敏電阻器

43．．．評估裝置

44．．．引示訊號線

45．．．引示訊號連接器、電氣接點

46．．．輔助接點、〝插頭顯示〞連接器

Claims (23)

1. 一種透過充電電纜連接電動車與充電站之插頭裝置，包含：一外殼；多個電氣連接接點，用以連接至該充電站或該電動車中的一連接裝置；一編碼裝置，其係設置於該外殼內，且用於可透過該充電電纜傳輸的安培數之數值；一溫度偵測裝置，設置於該外殼之區域中；一評估裝置，用以計算一溫度校正編碼值；以及一通訊裝置，用於對一充電電流控制裝置的傳輸。
2. 如申請專利範圍第1項之插頭裝置，其特徵在於該編碼裝置與該溫度偵測裝置被指定到一共同評估裝置。
3. 如申請專利範圍第1或2項之插頭裝置，其特徵在於該溫度偵測裝置包含一熱電元件。
4. 如申請專利範圍第1或2項之插頭裝置，其特徵在於該溫度偵測裝置設置於該外殼內。
5. 如申請專利範圍第1或2項之插頭裝置，其特徵在於該溫度偵測裝置為一溫度依存性電阻器，特別是一熱敏電阻器。
6. 如申請專利範圍第5項之插頭裝置，其特徵在於該熱敏電阻器有一正溫度係數。
7. 如申請專利範圍第5項之插頭裝置，其特徵在於該熱敏電阻器有一負溫度係數。
8. 如申請專利範圍第1或2項之插頭裝置，其特徵在於該編碼裝置係一歐姆電阻器。
9. 如申請專利範圍第8項之插頭裝置，其特徵在於該熱敏電阻器係設置成與該歐姆電阻器並聯。
10. 如申請專利範圍第8項之插頭裝置，其特徵在於該熱敏電阻器係設置成與該歐姆電阻器並聯。
11. 如申請專利範圍第5項之插頭裝置，其特徵在於在每一情況下，一特定的歐姆電阻值被指定給該充電電纜的每一容許安培數值。
12. 如申請專利範圍第11項之插頭裝置，其特徵在於該歐姆電阻值和由該熱敏電阻器與該歐姆電阻器組成的電路元件之溫度特性曲線，在每一情況下，皆經選定並彼此同步化，使得在每一情況下，不同的安培數數值得到非重疊區域。
13. 如申請專利範圍第1項之插頭裝置，其特徵在於具有一控制線路/引示訊號線路，藉此該溫度校正編碼值可傳輸至車輛端的充電控制裝置。
14. 如申請專利範圍第13項之插頭裝置，其特徵在於該編碼裝置設置於一引示訊號連接器與該引示訊號線的保護接地導體之間。
15. 如申請專利範圍第13項之插頭裝置，其特徵在於該編碼裝置設置於該引示訊號線之兩連接器之間。
16. 如申請專利範圍第13、14或15項之插頭裝置，其特徵在於該編碼裝置與一〝插頭顯示〞連接器聯結。
17. 一種充電電纜，其裝設有一如申請專利範圍第1至16項中任一項之插頭裝置。
18. 一種由充電電纜與電動車組成之系統，該充電電纜包含如申請專利範圍第1至16項中任一項之插頭裝置，該電動車包含一對應於該插頭裝置的外殼之收容裝置，特別是指一插座。
19. 一種由充電電纜與充電站組成之系統，該充電電纜包含如申請專利範圍第1至16項中任一項之插頭裝置，該充電站包含一對應於該插頭裝置的外殼之收容裝置，特別是指一插座。
20. 如申請專利範圍第18或19項之系統，其特徵在於該溫度偵測裝置係設置於該連接裝置內，特別是在該充電站或該電動車之一插座內。
21. 如申請專利範圍第19項之系統，其特徵在於該充電站包含電流偵測裝置，特別是用於該電動車所用的電流之相位相關偵測。
22. 如申請專利範圍第19項之系統，其特徵在於該電流偵測裝置被分配予一電度表。
23. 如申請專利範圍第19項之系統，其特徵在於該充電站包含特別用於該電動車所用的功率數值之相位相關偵測的裝置。