CN102651526A - 热壁装插头感应和控制 - Google Patents

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Abstract

一种系统和方法，其可操作以帮助热壁装插头感应和控制，该系统和方法可以包括根据在充电系统以及用来为充电系统提供能量的能量源之间的接口处确定的温度来控制由充电系统或其他负载汲取的电流的能力。由包括在插头组件或其他壳体或用来把充电系统连接到能量源的电线中的温度传感器感应的温度可以用来实现温度调节的电流控制。

Description

热壁装插头感应和控制
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年2月23日递交的美国临时申请第61/445,714号的权益，并要求2011年4月1日递交的美国申请第13/078,164号的优先权，该公开据此以引用方式整体并入。
技术领域
本发明涉及基于在热壁装插头连接处探测或测量的温度来感应和执行控制策略的热壁装插头，例如但不局限于执行用来借助于公用壁装插座或其他外部交通工具连接件以帮助交通工具插入充电的充电系统的控制。
背景
随着插电式或混合电动交通工具的出现，产生了构建对用来帮助电驱动相关操作的交通工具系统充电的充电系统的需要，例如但不局限于电池和电容。充电系统可以完全地或部分地存在于交通工具内，并可操作以帮助使用穿过壁装插座或通向家庭/公用电网或另一种类型能量源的其他接口提供的能量来进行充电操作。充电系统可以包括插头组件或其他接口，以建立与壁装插座的电连接。
概述
本发明的一个非限制性方面设想感应在壁装插座和充电系统之间的连接件处的温度。感应的温度能够用来帮助控制充电系统操作、监测壁装插座的性能或操作能力、以及用于许多其他原因。
本发明的一个非限制性方面设想一种插头组件，其可操作以将用来帮助对交通工具充电系统提供电力的交通工具电线套件(cordset)连接到壁装插座。插头组件可以包括：被设置以帮助将电流从壁装插座运送到交通工具充电系统的正极连接器；被设置以帮助电流从交通工具充电系统返回到壁装插座的中性连接器；被设置以帮助把交通工具充电系统连接到大地的接地连接器；以及可操作以探测在壁装插座处的温度的温度传感器。
本发明的一个非限制性方面设想，温度传感器的电阻用于估计在壁装插座处的温度。
本发明的一个非限制性方面设想，温度传感器是负温度系数(NTC)装置、正温度系数(PTC)装置以及热敏电阻中的一个。
本发明的一个非限制性方面设想一种壳体，其被成形以封装温度传感器并支撑正极连接器、中性连接器和接地连接器，使得每个正极连接器、中性连接器和接地连接器的至少一部分延伸到壳体外部，以插入到壁装插座的相应插孔内。
本发明的一个非限制性方面设想，壳体在温度传感器、正极连接器、中性连接器和接地连接器上注射模制，并包括不传导的至少半刚性的材料。
本发明的一个非限制性方面设想分别连接到正极连接器、中性连接器、接地连接器和温度传感器的正极导线、中性导线、地导线和温度导线，每条导线单独地在绝缘罩内、在壳体外部延伸，以用于接纳在交通工具充电系统的插孔内。
本发明的一个非限制性方面设想，温度导线的电压由交通工具充电系统测量以确定温度。
本发明的一个非限制性方面设想，交通工具充电系统可操作以根据所述温度控制流过正极连接器的电流。
本发明的一个非限制性方面设想，根据与温度增加成比例地减小电流量的方案控制电流。
本发明的一个非限制性方面设想，电流量由交通工具充电系统设置为第一水平，且方案规定：如果温度增加大于第一量且小于第二量，就把电流从第一水平减小到第二水平；并且如果温度增加大于第二量，就把电流从第一水平减小到第三水平，第三水平小于第二水平。
本发明的一个非限制性方面设想，方案规定如果温度增加大于第三量就中断电流。
本发明的一个非限制性方面设想，电流量减小的速度和温度增加的速度成比例，使得当温度速度较快地增加时电流量较快地减小。
本发明的一个非限制性方面设想有助于基于在位于用来传递电流到交通工具充电系统的交通工具外部连接件处的温度来控制交通工具充电系统的方法。该方法可以包括：在对交通工具充电系统提供电流之前确定连接件处的第一温度；确定交通工具充电系统支持充电操作需要的电流的第一量；当电流的第一量穿过连接件传递到交通工具充电系统时，确定连接件处的第二温度；以及在第一温度和第二温度之间的温度增量(temperature delta)小于预定值的情况下，确定是否允许继续穿过连接件把电流以第一量传递到交通工具充电系统。
本发明的一个非限制性方面设想交通工具充电系统的控制器，其确定是否允许继续穿过连接件把电流以第一量传递到交通工具充电系统，如果温度增量超过预定值，则控制器把穿过连接器传递的电流从第一量至少减小到第二量。
本发明的一个非限制性方面设想，确定温度增量为等于第二温度减去第一温度。
本发明的一个非限制性方面设想，确定温度增量为等于从第一温度变化到第二温度的速度。
本发明的一个非限制性方面设想，基于第一温度小于第一临界值、当前地理区域以及当天时刻中的一个确定预定值为第一值，并且基于所述第一温度超过所述第一临界值、当前地理区域以及当天时刻中的一个确定预定值为第二值，第二值小于第一值。
本发明的一个非限制性方面设想，充电系统包括：可操作以控制用来对存储元件电充电的充电系统的控制器；可操作以确定紧邻充电系统和电源之间的接口的温度的温度传感器，充电系统使用源自能量源的能量对存储元件充电；且其中控制器基于温度调节穿过接口由充电系统汲取的电流。
本发明的一个非限制性方面设想，如果随着时间测量的温度的温度增量大于预定值，则温度控制器减小由充电系统汲取的电流。
本发明的一个非限制性方面设想，温度传感器是封装在充电系统的插头组件内的负温度系数(NTC)装置、正温度系数(PTC)装置以及热敏电阻中的一个。
附图简述
本发明通过所附权利要求中的特性来指明。然而，通过参考结合附图的下列详细描述，本发明的其它特征将变得更加明显，且本发明将被最好地理解，在附图中：
图1图示了根据本发明的一个非限制性方面的充电系统。
图2图示了根据本发明的一个非限制性方面的电线套件和插头组件壳体。
图3图示了根据本发明的一个非限制性方面的具有温度传感器的多口插头组件。
图4图示了根据本发明的一个非限制性方面的用于控制充电系统的方法的流程图。
详细描述
根据需要，本发明的详细实施方式在此公开；然而，应理解，公开的实施方式仅仅是可以以各种各样的且可选择的形式实施本发明的示例。附图不一定是按比例的；一些特征可能被夸大或缩小以显示具体部件的细节。因此，在本文中公开的特定结构和功能细节不应解释为限制，而仅仅是用于教导本领域技术人员以不同方式实施本发明的代表性基础。
图1图示了由本发明的一个非限制性方面设想的充电系统10，其中交通工具12连接到能量源14，以帮助使用经由壁装插座20和插头组件22从能量源14提供的能量来操作充电系统16。为了示例和非限制性目的，本发明大量描述了关于帮助将AC能量传递到用在交通工具子系统(未示出)的DC和/或AC充电/提供电力中的充电系统16，例如电池、电容器等。然而，本发明设想其使用并运用在许多交通工具和非交通工具环境中，其中可能预期监测壁装插座20和插头组件22之间的连接件或如此另一种应用的相应连接点的情况。
壁装插座20显示为具有正极内插口和中性内插口26、28的两个尖叉类型，正极内插口和中性内插口26、28由向内偏置以抵着插头组件22的相应正极外连接器和中性外连接器30、32的相对的弹性元件形成。这种类型的弹性元件连接器依赖弹性元件的法向力来支撑电流。能够在此处支撑通过的电流量与法向力成比例，对于同样的电流量，如果连接元件之间的法向力减小，则引起连接区域产生更多热量。由于材料故障和/或在与连接器30、32的连接处无能力维持法向力的最佳量，弹性元件26、28，或其他可变形或易疲劳材料类型的元件可能以这种方式损失其电流承载能力中的一些。甚至在没有这种故障的情况下，如果对于所需的配合设计，外连接器和/或内连接器30、32不合适地设定尺寸，则可能降低性能。
壁装插座20可以连接到公用电网或其他电源，例如，如果壁装插座20是充电系统的部分，则壁装插座20可以用来帮助将能量从充电站传送到交通工具充电系统16。插头组件22还包括温度传感器36，其可操作以评估紧邻外连接器和内连接器30、32之间的连接件的温度。温度传感器36可以是热敏电阻、正温度系数(PTC)装置、负温度系数(NTC)装置、或适合于测量温度的其他元件，例如但不局限于在美国临时专利申请第61/441,404号EV Cordset Temperature Measurement(EV电线套件温度测量)中公开的红外传感器类型，该公开据此在本文中整体并入。
正极线40和中性线42可以分别连接到正极外连接器和负极外连接器30、32，以与交通工具充电系统16一起建立电流。例如，正极连接30可以用来将电流提供给充电系统16并且中性连接32可以用来将电流返回到能量源14。传感器线44、46可以从温度传感器36延伸到充电系统16，以例如通过生成环路来帮助报告感应的温度值。如果温度传感器36是具有随着温度改变的电阻的电阻元件，则传感器线44、46可以用来帮助测量穿过温度传感器36的电压降。充电系统16可以包括处理器或其他逻辑操作元件，以基于相应电压测量结果确定温度值。
线40、42、44、46可以封装在诸如图2中示出的电线套件的电线套件50的绝缘材料48内。温度传感器36以及不在外延伸的部分正极连接器和负极连接器可以在壳体52内注射模制。已经关于其中壁装插座20只包括正极插口和负极插口26、28的一个示例性构型描述了系统10。然而，本发明不意在被如此限制，并充分设想其与具有更多或更少插口的其它壁装插座20一起使用，其它壁装插座20包括具有内接地插口的三叉电源插座、符合欧洲三相操作的五叉电源插座等。插头组件22适合于与这些其它构型一起使用，例如通过包括与上述正极连接器、中性连接器30、32和线40、42相似构型的接地连接器和地线。
图3图示了根据本发明的一个非限制性方面的具有温度传感器62的一个示例性多口插头组件60。插头组件60包括七个口，包括插头导向口64、控制引导口66、以及五个任意使用口，以支持欧洲AC(例如，用于三相AC的三个热线68、70、72，一个中性线74，以及一个地线76。)。口64、66、68、70、72、74、76可以根据SAE规范J1772来操作。题名为Connector Assembly for Vehicle Charging(为交通工具充电的连接器组件)的美国专利第7,878,866号公开了具有可以根据本发明修改为包括热敏电阻的五个口的相似多口布置，该公开据此在本文中整体并入。在图3中示出的温度传感器62可以与上述温度传感器36相似地设置，并注射模制到壳体中或者紧邻在插头组件22和壁装插座20之间的连接区域以其他方式定位。
图4图示了根据本发明的一个非限制性方面用于控制充电系统16的方法的流程图80。如本发明所设想，该方法可以实施在计算机可读介质或者与处理器、控制器、或其他逻辑执行单元一起可操作的其他来源，该逻辑执行单元具有发布指令或以其他方式帮助实施操作的能力以及控制充电系统16需要的其他功能。
块82涉及在将插头组件插入到壁装插座时或之前确定温度。温度可以是由温度传感器36感应的温度或来自另一传感器，例如交通工具周围空气温度传感器。该预充电温度读数的一个目的是识别充电系统、壁装插座、充电站等的操作条件的初始设置，初始设置然后能用来管理充电系统的操作。初始读数被描述为关于早于充电系统16汲取足以完成充电操作的电流量而发生。然而，进行这项操作而不意在不必要地限制本发明的范围和设想，这是因为在正常充电操作期间能够采取相似的基准或参考点。
块84涉及确定穿过连接件汲取以帮助充电系统16充电操作的所需电流量。充电系统16可能是可操作的以支持具有许多电流汲取需求的许多充电操作。为了描述且不意在过度限制本发明的范围和设想，本发明大量描述关于尝试在尽可能短的时间内完成充电操作的充电系统，例如通过汲取尽可能多的电流。
所需的电流汲取可以与壁装插头22、电线套件50和/或充电系统16的最大操作能力一致。数据可以通过壁装插座20提供或者以其他方式被评估以识别最大或所需的电流量。可选择地除了其它提到的参数外，在块82中感应的温度也可以用来确定所需的电流汲取量。例如，当在正常或理想操作条件下操作时，系统10的最大电流汲取能力可以等于系统10的特定构型中给定的第一值。块84中确定的所需电流量可以与块82中测量的温度值成比例从第一值减小，偏离正常或理想操作值或用来设定最大电流汲取的范围。当然，为壁装插座20或充电系统16识别的其它限制因素，例如基于数据传输确定的那些，可以被用来进一步规定所需的电流汲取。
块86涉及控制充电系统以开始以块84中确定的所需电流汲取水平来汲取电流。块82的温度读数可以在电流开始以所需速率在块86中汲取之前发生。所需的电流汲取可以在块86中调节以符合操作变化，例如，如果充电系统需要更多的电流，则通过增加所需的电流汲取来支持附加的充电操作。
块88涉及基于由温度传感器36测量的温度来确定温度增量。此第二温度读数在块82的第一温度读数之后发生。温度增量可以等于第一温度读数和第二温度读数之间的差异、第一温度读数和第二温度读数之间的温度变化速度、其组合、以及类似物。确定温度增量的一个目的是评估由于充电操作即由于电流流过连接区域流动，壁装插座20的温度是如何迅速或剧烈地变化。如以下所更加详细地描述的，这在调节由充电系统16汲取的电流以保证壁装插座20在所需温度范围内操作可能是有用的。
块90涉及确定温度增量是否超过临界值。临界值通常与操作壁装插座20的所需温度范围一致，该所需温度范围可以根据壁装插座20的类型、操作条件/规格、以及使用壁装插座20的需要(例如，在紧急情况下使电源插座20过载可能是可接受的)来改变。同样地，临界值能够根据许多考虑来改变。本发明的一个非限制性方面设想将临界值设定为与不合意的温度增加或不合意的温度变化速度一致，取决于哪一个更加可能反映减小被汲取的电流的需要和/或表明停止电流汲取的需要。
块92涉及在超过温度增量的情况下减小电流汲取。根据递增量产生直到实现所需温度范围的步进技术或其他方法论，电流汲取可以与温度增量超过临界值的量成比例地降低。在降低电流汲取后温度增量在块90中被重新测试，以确定是否需要进一步降低来保证在所需温度范围内的操作。可选择地，也能够确定增加电流汲取的需要，例如如果电流汲取由于短暂事件过度减小或不必要减小，使得电流能够增加以维持为了所需操作温度的最大电流汲取。在每个随后的温度增量分析中使用的临界值可以根据当前操作条件、在先温度读数等改变。
虽然以上描述了示例性实施方式，但是并不意指这些实施方式描述了本发明的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的文字是描述性的而不是限制性的文字，并且应理解，可以做出各种变化而不偏离本发明的精神和范围。此外，各种执行实施方式的特征可以结合，以形成本发明另外的实施方式。

Claims (20)

1.一种插头组件，其可操作以把用来帮助为交通工具充电系统提供电力的交通工具电线套件连接到壁装插座，所述插头组件包括：
正极连接器，所述正极连接器被设置以帮助把电流从所述壁装插座运送到所述交通工具充电系统；
中性连接器，所述中性连接器被设置以帮助把电流从所述交通工具充电系统返回到所述壁装插座；
接地连接器，所述接地连接器被设置以帮助把所述交通工具充电系统连接到大地；以及
温度传感器，所述温度传感器可操作以探测所述壁装插座处的温度。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述温度传感器的电阻用于估计所述壁装插座处的温度。
3.如权利要求1所述的组件，其中所述温度传感器是负温度系数(NTC)装置、正温度系数(PTC)装置以及热敏电阻中的一个。
4.如权利要求1所述的组件，还包括壳体，所述壳体成形以封装所述温度传感器并支撑所述正极连接器、所述中性连接器和所述接地连接器，使得每个所述正极连接器、所述中性连接器和所述接地连接器的至少一部分在所述壳体的外部延伸，以插入在所述壁装插座的相应插孔内。
5.如权利要求4所述的组件，其中所述壳体在所述温度传感器、所述正极连接器、所述中性连接器和所述接地连接器上注射模制，并包括不传导、至少半刚性的材料。
6.如权利要求5所述的组件，还包括分别连接到所述正极连接器、所述中性连接器、所述接地连接器和所述温度传感器的正极导线、中性导线、地导线和温度导线，每条导线分别在绝缘罩内、在所述壳体的外部延伸，以用于接纳在所述交通工具充电系统的插孔内。
7.如权利要求6所述的组件，其中所述温度导线的电压由所述交通工具充电系统来测量以确定所述温度。
8.如权利要求1所述的组件，其中所述交通工具充电系统可操作以根据所述温度控制流过所述正极连接器的电流。
9.如权利要求8所述的组件，其中根据与所述温度增加成比例地减小电流量的方案来控制所述电流。
10.如权利要求9所述的组件，其中所述电流量由所述交通工具充电系统设置为第一水平，且所述方案规定：
如果所述温度的增加大于第一量且小于第二量，就把电流从所述第一水平减小到第二水平；并且
如果所述温度的增加大于所述第二量，就把电流从所述第一水平减小到第三水平，所述第三水平小于所述第二水平。
11.如权利要求10所述的组件，其中所述方案规定如果所述温度的增加大于第三量就中断电流。
12.如权利要求9所述的组件，其中所述电流量减小的速度与所述温度增加的速度成比例，使得当所述温度的速度较快地增加时所述电流量较快地减小。
13.一种有助于基于在位于交通工具外部的连接件处的温度控制交通工具充电系统的方法，所述连接件用来将电流传递到所述交通工具充电系统，所述方法包括：
在对所述交通工具充电系统提供电流之前确定所述连接件处的第一温度；
确定所述交通工具充电系统支持充电操作需要的电流的第一量；
当电流的所述第一量穿过所述连接件传递到所述交通工具充电系统时，确定所述连接件处的第二温度；以及
在所述第一温度和所述第二温度之间的温度增量小于预定值的情况下，确定是否允许继续穿过所述连接件把电流以所述第一量传递到所述交通工具充电系统。
14.如权利要求13所述的方法，还包括所述交通工具充电系统的控制器，所述控制器确定是否允许继续穿过所述连接件把电流以所述第一量传递到所述交通工具充电系统，如果所述温度增量超过所述预定值，则所述控制器把穿过所述连接件传递的电流从所述第一量减小到至少第二量。
15.如权利要求13所述的方法，还包括确定所述温度增量等于所述第二温度减去所述第一温度。
16.如权利要求13所述的方法，还包括确定所述温度增量等于从所述第一温度改变到所述第二温度的速度。
17.如权利要求13所述的方法，还包括基于所述第一温度小于第一临界值、当前地理区域以及当天时刻中的一个确定所述预定值为第一值，且基于所述第一温度超过所述第一临界值、所述当前地理区域以及所述当天时刻中的一个确定所述预定值为第二值，所述第二值小于所述第一值。
18.一种充电系统，包括：
控制器，所述控制器可操作以控制用来对存储元件电充电的充电系统；
温度传感器，所述温度传感器可操作以确定紧邻所述充电系统和能量源之间的接口的温度，所述充电系统使用源自所述能量源的能量来对所述存储元件充电；并且
其中所述控制器基于所述温度调节所述充电系统通过所述接口所汲取的电流。
19.如权利要求18所述的系统，其中如果随着时间测量的所述温度的温度增量大于预定值，则所述控制器减小由所述充电系统汲取的电流。
20.如权利要求18所述的系统，其中所述温度传感器是封装在所述充电系统的插头组件内的负温度系数(NTC)装置、正温度系数(PTC)装置以及热敏电阻中的一个。
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