CN102484341B - 用于将电动车连接至充电站的充电电缆插头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于充电电缆(30)以连接电动车(10)至充电站(20)的插头装置，该插头装置包含外壳(40)，用以连接至该电动车(10)或充电站(20)的连接装置(13、23)的与该外壳(40)对应的电气接点(41)，以及为了可经由该充电电缆(30)传输的电流强度的数值的设置于该外壳(40)内的编码装置(42)。本发明还涉及由充电电缆(30)及充电站(20)及/或电动车(10)和装设有该插头装置的充电电缆所组成的系统有关。本发明的目的在于对热过载达到更高的安全性。本发明的目的由以下特征达成：为了可经由该充电电缆传输的电流强度的数值的设置于该外壳(40)内的编码装置(42)、设置于该外壳区域的温度探测装置(42a)、用以计算温度校正编码值的评估装置(43)，以及用以传送至充电电流控制装置(12)的通讯装置(44)。

Description

用于将电动车连接至充电站的充电电缆插头
技术领域
本发明涉及一种用以连接电动车至充电站的充电电缆插头，该充电电缆插头包含具有建构以连接至充电站及/或车辆的电气接点的外壳。本发明还涉及包含此插头的充电电缆，以及由该充电电缆、与该充电电缆连接的该电动车及/或与该充电电缆连接的该充电站所组成的系统。
背景技术
在未来电动车的普及性注定会大增。随着电动车的普及性，供电的基础建设也有了新的需求。电动车不仅要能够在家用范围内补充电能，在家用范围以外也必须能够补充电能。为了达到此目的，公共场合应备有充电站，以使电动车的使用者在该处能获得电能。举例来说，该等充电站可设置于公共停车区域、于停车场或甚至是私人停车区域，例如在使用者工作地点的区域。电动车的使用者可将他们的电动车连接至这些充电站。在他们不在场时，该等电动车的电池可被充电。
然而，在公共区域可使用的固定充电站有使用上的缺点，即该等电动车的结构是混杂的，其意指代表极端不同的电动车以极端不同的插头与插头系统来操作。
个别插头与插头系统的使用实质上依据所欲的充电过程形式而定。因此，首先，在充电过程期间产生差异：在以低到适中的充电电流持续长时间的正常充电期间，可使用由家用领域已知的具有小或中等电缆截面的充电电缆。在以较高电流强度且较短时间进行的快速充电期间，需要有相应较大截面的充电电缆。举例来说，具有电缆截面积6mm2的充电电缆可用于最高32A，然而如同用于快速充电站的具有截面积16mm2的此类充电电缆，则容许电流强度高达63A。
且，在电缆连接的形式上也有差异：该电动车可利用使用与该电动车永久连接的充电电缆及插头，或是可利用使用具有连接至该电动车及该充电站的电缆连接器的卸除式电缆配件，连接至充电站内的交流电源供应系统。
一般而言，传统的连结或延长电缆在一端有插头及在另一端有联结器。主要用在工业领域或有更高功率消费者的家用领域中的电缆系统，已知为所谓的CEE-插头连接器且以多种变化形式存在。
这样的系统设计以致于在每种情况下，一种类型的插头只能适用于同类型的插孔及/或插座。因此该个别连接器的本质与直径与载流量有关，在电流强度16A、32A、63A以及125A之间有差别。在已知的CEE-系统中，不同电流强度的插头与插座不可能彼此连接。在此插头连接系统中，仅有该等联结器被视为电流传导部件，且因此仅有该等联结器的接点被设计成绝缘使得其等是耐电击的。
然而，这种已知的CEE-插头连接器不适合用来与充电电动车连接。一个理由是，不仅能量可以储存于电动车的电池中，但另一方面，能量是要能够从该电动车传输回该充电站。因此，在这种充电电缆中，该联结器的接点以及该插头的接点皆必须要绝缘，以使得其是耐电击的。或者，也可能使用具有两个插头的充电电缆。
因此，为了确保连接选项的对应广泛适用性，在电动车中，插头且/或联结器的尺寸的已知分级会依照容许电流强度而有所不同，其中小插头尺寸对应16A的电流强度，中插头尺寸对应32A的电流强度，而大插头尺寸对应63A的电流强度。
然而，不论个别的充电电流有多高，电动车可利用同一条充电电缆与该充电站的插座连接是被渴望的。然而，使用单一尺寸的充电电缆的插头连接器，要求该充电电缆且/或该插头连接器的最大容许电流强度的标示，以致能避免过载。对于此标示，已知为进行所谓的最大电流强度的″编码″，其中欧姆电阻器安置于该插头连接器的外壳内。不同的电阻值使用于不同的容许电流强度。在该插头连接器与该电动车且/或该充电站的连接中，已决定个别地点的欧姆电阻器的数值，以及由其探测到的该充电电缆的最大容许电流强度的数值。利用知晓该充电站所产生的最大充电电流且亦考虑该电动车所需的能量大小，在给订条件已设定好的情况下，接着利用该最合适的充电电流产生同步性，该充电电流由总充电电路链中最弱的连结决定。
然而，该充电电缆最大容许电流强度的已揭露的编码具有仅电流强度的特定离散数值可被预先决定的缺点。在因为插头连接器的老化过程或腐蚀导致接点劣化的情形下，其导致在该插头连接器区域的电阻增加，因此，产生意外的风险直到并包括该插头连接器的燃烧。最主要的原因是当使用对应预先决定的固定编码值的充电电流时，因劣化的接点连接区域的较大热逸散，发生无法允许的温度上升。
发明内容
本发明的目的在改良前述类型的装置且/或系统，使得可达到对抗所揭露的热风险的更佳安全性。
此目的这样实现，即通过用以连接电动车至充电站的插头装置来达成，该插头装置具有以下特征：
外壳，
电气连接接点，其用于该充电站或该电动车中的连接装置，
编码装置，其设置于该外壳内，且用于可通过该充电电缆传输的电流强度的数值，
温度探测装置，其设置于该外壳的区域中，
评估装置，其用以计算温度校正编码值，以及
通讯装置，其用以传送至充电电流控制装置。
再者，此目的更可利用装设有该插头装置的充电电缆达成。
再者，此目的更可利用由装设有该插头装置的充电电缆以及具有用于该连接插头的接收装置的电动车所组成的系统达成。
再者，此目的更可利用由装设有该插头装置的充电电缆以及适用于具有用于该插头装置的接收装置的电动车的充电站所组成的系统达成。
本发明的特征在利用在该插头装置区域的温度探测，亦即直接在该插头外壳或是在紧邻该插头外壳的周围，例如在与该插头外壳连接的该接收装置，可产生由该编码装置预先决定的最大容许电流的数值的修正。当在该插头外壳且/或在该接收装置区域探测到温度变动，例如因老化或腐蚀过程产生的结果，电流强度的编码装置的预先决定的数值也相对应地修正。特别是，当探测到高于室温的温度，引起该充电电流的对应降低。结果，充电时间任择地明显增加，但可免除在该充电站热过载时发生的完全关闭该充电电流电路。
本发明的实施例提供该编码装置以及该温探测装置都对应于共同的评估装置，以使具有该温度校正编码值的该评估装置的输出信号可进一步被处理。
当该温度探测装置包括热电组件时，有利以及高准确的实现是有可能的。
当该温度探测装置设置于该连接装置时，特别是在该充电站或该电动车的插座内，可补偿因老化或腐蚀过程产生的缺点，其理由在于此点。
当该温度探测装置设置于该外壳中，可补偿因老化或腐蚀过程产生的缺点，其理由在于外壳。
当该温度探测装置是温度依存性电阻器，特别是依据需求有正或负温度系数的热敏电阻器时，产生特别有利的解决方案。
欧姆电阻器适用于作为编码装置，该热敏电阻器可相对地与其并联或串联。
在每种情况下，特定欧姆电阻数值可对应于该充电电缆的每一容许电流强度的数值(16A、32A，63A)。
例如由该热敏电阻器与欧姆电阻器形成的电路装置的温度特性曲线，在每种情况下都较佳地选择并彼此同步，使得每种情况下不同电流强度数值得到非重迭区域。此意味着利用特定电流强度，例如32A，由于温度的结果，该电路的总电阻值的最大改变值使得数值范围不会与应用于不同电流强度的数值范围一致。结果，在整个所讨论的温度范围内，与使用的充电电缆的″标示″电流间总有清楚的关联。
更佳地，除了该充电电流的电源传输线外，在该温度校正编码值可传送至于该电动车侧的充电控制装置的范围，提供用于该控制信号的引示信号线。
该编码装置可因此设置在引示信号连接器以及该引示信号线的例如接地导体的接地保护导体之间，以及设置在该引示信号线的两连接器之间。
可较佳地实际使用的实施例，该编码装置与该插头装置的″插头显示″连接器结合。
依照本发明设计的插头装置较佳地在每种情况中设置在充电电缆的两端中之一。在此，可与该电动车及该充电站上的个别接收装置产生连接。
为了确立由该电动车汲出的电流强度是否符合该对应于温度校正编码值的容许电流强度，在该充电站提供电流探测装置用于特别是该电动车使用的电流的相位相关探测，该电流探测装置较佳为能量计的部件。
附图说明
本发明的目的将参考示图更详细地描述于下文中，其中：
图1显示系统建构的方块图，该系统是由电动车和通过一充电电缆与其连接的充电站组成；
图2显示依据本发明的示范实施例的插头装置详细图；
图3a显示设置温度校正编码装置的电路图；
图3b显示设置温度校正编码装置的电路图；以及
图4显示具有不同电流强度的温度特性曲线的示图。
附图标记说明
10…电动车
11…电池
12…充电电流控制装置
13…插座
14…插头装置、插头
20…充电站
21…能源电力供应装置
22…接触器、电表
23…插座
24…插头装置、插头
25…漏电断路器
30…充电电缆
40…外壳
41…电气接点
42…欧姆电阻器
42a…热敏电阻器
43…评估装置
44…引示信号线
45…引示信号连接器、电气接点
46…辅助接点、″插头显示″连接器
具体实施方式
在图1中，显示电动车10，其包含电池11，该电池通过充电电流控制装置12充电。为这目的，该电动车10通过充电电缆30与充电站20连接。
该充电电缆30在其两端各有插头装置14、24，一端的插头14可与位于该电动车10的插座13连接，该充电电缆30另一端的插头24可与位于该充电站20的插座23连接。
该充电站20具有来自能源电力供应装置21的电力供应。此电力是通过供电线供应，该供电线是利用接触器22接通与关闭，且受断路器和/或漏电断路器(RCD)25保护。由该电动车10提取的电能利用电度表(图未示)以相应已知方法探测。
图2显示通过该充电电缆30的插头装置14的截面的详图。该插头装置具有外壳40，一方面，有例如L1、L2、L3、N、PE的该电力线，以使该充电电缆30的充电电流馈入，且其输出由电气接点41所形成，该插头装置可卸除地与相对应的插座连接，在本实施例中为该电动车10的该插座13中。且，该插头装置14更包含电气接点45，其用以连接至少用于传递引示信号的引示信号线44。最终，辅助接点46设置于该插头装置14，其是所谓的″插头显示″接点，亦即，一个具有显示插头存在与否的功能的接点。
该充电电流以已知的方式，从该充电电缆30，通过该插头装置14的相对应组件，经过其电气接点41，流入经该充电电流控制装置12通往该电动车10的电池11的线路。
于该外壳中，设置电路，该电路由并联设置的欧姆电阻器42与热敏电阻器42a组成。第2、3a及3b图显示此并联电路配置的每种情况下的变化形式。该由并联设置的该欧姆电阻器42与热敏电阻器42a组成的并联电路，可作为一种选择，(图2)可设置于两引示信号线45之间。另外，该并联电路，作为另一种选择，(图3a)可设置于该″插头显示″连接器46与地面之间，或者，设置于引示信号连接器45(第3b图)与地面之间。在线路配置的三个引用例的每一者中，评估装置43设置于该两部件42、42a的下游。设置于该评估装置43中的电路，目的在于探测该等组件42、42a的并联电路的总电阻值，以及由此产生该充电电缆30的容许温度-校正电流强度的控制信号。
以上会更佳详述于图4中：图4显示特性曲线族，其中每一曲线都对应于该充电电缆30的特定的参考电流强度。上方的曲线关于63A的电流强度，中间的曲线关于32A的电流强度，下方的曲线关于16A的电流强度。所测得的总电阻值应用于此图的横坐标。水平虚线的特性曲线对应到不考虑温度依存性的相对电阻值，而实线的特性曲线则有考虑到总电阻值的温度依存性变动。于上限温度(Tmax)和下限温度(Tmin)所定义出的个别温度区间内，可以界定出三个区域I、II、III。利用该评估装置43测量总电阻值与温度校正参考电流强度之间的关联性。举例来说，依照上方的特性曲线，其容许的电流强度相对于在室温时的标准值63A，降低至一个数值，例如在上限温度Tmax下的55A。这也同样适用于较低电流强度值的曲线。该欧姆电阻值与个别的温度依存性电阻的测量，是在区域I、II、III不重迭的情况下施行的，因此在全部的温度范围内，测量总电阻值与容许的电流强度之间，有清楚的相互关系。
该装置的运作显示如下：
当该电动车10的使用者想充电该电池11充电时，该插座13与充电电缆30连接，其中该插头14插入该插座13中。同样地，在该选择的充电站20，例如停车场区域中的公共充电站，该充电电缆30的另一端是与插头24插入该充电站20的该插座23。
该车辆使用者所用的该充电电缆30具有其电缆线的特有的铜截面，借此定义流经该充电电缆30的最大可容许电电流强度。为了编码，亦即建立，此数值，该充电电缆30在至少两个插头14、24的区域内含有欧姆电阻器42，其标准值也清楚的指定该可容许电流强度。特定欧姆电阻值因此对应于该充电电缆30的每一标准安培值，例如16A、32A或63A。利用利用电路技术将该欧姆电阻器42与由热敏电阻42a器所构成的温度依存性电阻器耦合，产生总电阻值，其数值依照选择的温度测量点(由分布于该插头14的外壳40或其周围的温度所决定)。
通过该引示信号线44，此数值可在该电动车10或该充电站20的区域内，以度量的方式探测得到。依据该探测值，两部件(电动车10、充电站20)皆与系统的最大容许充电电流同步。此由该电动车的充电线路、该充电电缆30与该充电站20的充电电路组成的链中最弱的连结决定。
由于该如上揭露的评估装置43所测得的温度的结果，电流强度编码值的改变，当例如因接触不良的损坏或老旧的插头而温度增加时，较低的电流强度容许值会发送给该充电电缆30。利用此温度校正编码值正通过该引示信号线44传输至该电动车10内该充电电流控制装置12，设定相对于该充电中车辆的该充电电缆30的参考电流强度，例如32A，较为减低的电流强度。于是整个系统(由该电动车、该充电电缆与该充电站所构成)有一结果，即充电过程中所用的电流强度，会较该充电电缆无损坏的连接情况下可能用的电流强度，来得低。其成果为，在整个充电过程不被中断的情况下，整个系统受到保护免于热过载。因此该充电过程可以继续下去，考虑到会比无损坏状态下花较长的充电时间。
在该充电站30中，正通过该电表22查核，由该电动车10内的该充电控制装置12所设定的电流强度，是否实际上也与对应个别部件之间的同步且另外符合车辆使用者同意的合约状况的电流强度相对应。如果在此实例中有未经授权的偏移量产生，该充电站30内的电流供应将因该接触器22的关闭而中断。相对应监控不只通过各自的相位电流，也通过该车辆所用的电力值探测。
于本发明的范围中，温度探测装置的位置不只直接在该插头外壳内，也在该插头范围外的充电电缆的连接内，例如在插座的范围。通过各自测量位置的选择，可产生相对应的损坏定位，也可启动相对应的措施，例如替换该充电电缆或是更换、维修其中的各独立部件。
此外，也提供传递该充电电缆的探测到的缺点给相对的使用者的可能性，而电力供货商也将知道其识别码，以便进行该有缺陷的充电电缆的更换或维修。

Claims (26)

1.一种通过充电电缆(30)使电动车(10)与充电站(20)连接的插头装置，包含：
外壳(40)；
电气连接接点(41)，其用以与位于所述电动车(10)内的连接装置(13)或位于所述充电站(20)内的连接装置(23)连接；
编码装置(42)，其设置于所述外壳(40)中，且用于标示通过所述充电电缆(30)传输的电流强度的最大允许数值；
温度探测装置(42a)，其设置于所述外壳(40)的区域中；
评估装置(43)，其用以计算温度校正编码值；以及
通讯装置(44)，其用以将所述编码值传送至充电电流控制装置(12)。
2.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述编码装置(42)与所述温度探测装置(42a)都对应于一个共同的评估装置(43)。
3.如权利要求1或2所述的插头装置，其特征在于，所述温度探测装置(42a)包含热电组件。
4.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述温度探测装置设置于所述外壳(40)内。
5.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述温度探测装置(42a)为温度依存性电阻器。
6.如权利要求5所述的插头装置，其特征在于，所述温度依存性电阻器是热敏电阻器。
7.如权利要求6所述的插头装置，其特征在于，所述热敏电阻器有正热敏系数。
8.如权利要求6所述的插头装置，其特征在于，所述热敏电阻器有负热敏系数。
9.如权利要求6所述的插头装置，其特征在于，所述编码装置(42)为欧姆电阻器。
10.如权利要求9所述的插头装置，其特征在于，所述热敏电阻器设置成与所述欧姆电阻器并联。
11.如权利要求6所述的插头装置，其特征在于，在每一情况下，一个特定的欧姆电阻值都对应于每一个所述充电电缆的容许电流强度为16A或32A或63A的数值。
12.如权利要求11所述的插头装置，其特征在于，所述欧姆电阻值和由所述热敏电阻器与所述欧姆电阻器组成的电路组件的特性曲线，在每一情况下，皆经选定并彼此同步，使得在每一情况下，不同的电流强度数值得到非重迭区域。
13.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述插头装置具有控制线路/引示信号线(44)，借此所述温度校正编码值可传输至所述电动车的一侧的充电电流控制装置(12)。
14.如权利要求13所述的插头装置，其特征在于，所述编码装置(42)设置于引示信号连接器与所述引示信号线的保护接地导体之间。
15.如权利要求13所述的插头装置，其特征在于，所述编码装置(42)设置于所述引示信号线(44)的两连接器之间。
16.如权利要求13所述的插头装置，其特征在于，所述编码装置对应于具有显示插头存在与否的功能的〝插头显示〞连接器。
17.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述温度探测装置(42a)设置于所述连接装置内。
18.如权利要求17的插头装置，其特征在于，所述连接装置是所述充电站(20)或所述电动车(10)的连接装置(13、23)。
19.一种充电电缆，其装设有如权利要求1至18中任一项所述的插头装置。
20.一种由充电电缆(30)组成的系统，所述系统包含如权利要求1至18中任一项所述的插头装置与电动车(10)，所述电动车包含用于所述插头装置的外壳(40)的连接装置(13)。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述连接装置(13)是指插座。
22.一种由充电电缆(30)组成的系统，所述系统包含如权利要求1至18中任一项所述的插头装置与充电站(20)，所述充电站包含用于所述插头装置的外壳(40)的连接装置(23)。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述连接装置(23)是指插座。
24.如权利要求22的系统，其特征在于，所述充电站(20)包含电流探测装置(22)，其用于所述电动车所用的电流的相位相关探测。
25.如权利要求24的系统，其特征在于，所述电流探测装置被分配给电度表(22)。
26.如权利要求22的系统，其特征在于，所述充电站(20)包含对所述电动车所用的功率数值进行与相位相关探测的装置。
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