CN104769790B - 电插头和能量传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有连接单元（36）、至少一个电接触销（30）和检测单元（38）的电插头（24），该连接单元（36）可与电导线（26）耦合用于传输电能，该至少一个电接触销（30）具有插拔段（32）和耦合段（34），其中耦合段（34）与连接单元（36）电耦合并且其中插拔段（32）被构造为提供与所分配的接触插孔（18）进行可松脱的插拔连接以便将接触销（30）与接触插孔（18）电耦合，该检测单元（38）被构造用来检测施加到接触销（30）上的拉力和/或接触销（30）相对于接触插孔（18）的运动并且提供用于中断能量传输的关断信号。

Description

电插头和能量传输装置

技术领域

本发明涉及具有连接单元和至少一个电接触销的电插头，该连接单元可与电导线耦合以用于电能的传输，该至少一个电接触销具有插拔段和耦合段，其中耦合段与连接单元电耦合并且其中插拔段被构造来提供与所分配的接触插孔进行可松脱的插拔连接。

本发明还涉及能量传输装置，其具有上述类型的电插头和与电插头的连接单元电耦合的电导线。

背景技术

在机动车辆驱动技术领域一般已知的是，使用电机作为唯一的驱动或者与其它类型的驱动发动机一起使用（混合驱动）。在这种电动车辆或混合动力车辆中，典型地使用电机作为驱动发动机，所述电机通过电能存储器——例如蓄电池——来供应电能。电动车辆或者插入式混合动力车辆的电能存储器必须根据充电状态定期地与电能供应网相连接，以便用电能给能量存储器充电。

为了把电能从充电站传输到车辆，可以例如使用感应式耦合的无线能量传输系统或者电缆。在使用电缆的情况下，特别用户友好的是，电动车辆或混合动力车辆可以与每个任意的标准插座连接，以便为牵引电池充电。然而，在这种标准插座中不存在专门的、阻止充电电缆容易松脱的锁定装置。因此，充电电缆在充电过程的满载（大约3.6kW）情况下可被拔下。然而，这可能导致在充电电缆的插头与插座之间形成电弧。因此可能损害插头和插座。此外，对用户来说还存在燃烧危险。

在使用根据标准的具有相应插拔连接器的EVSE设备（Electric Vehicle SupplyEquipment，电动车辆供电设备）的情况下，通过机械按键或电磁锁紧装置来阻止在负载下充电电缆的拔下。例如在操纵相应机械按键的情况下同时操纵在拔下充电电缆之前中断能量传输的开关。在使用电磁锁紧装置的情况下，该电磁锁紧装置在充电过程正常结束或已经由用户干涉（例如操纵开关）被中断时才释放插头。

不过，电动车辆或混合动力车辆因此仅能在专门的EVSE设备处而不能在每个任意的标准插座处被充电。因此这种车辆的操作便利性强烈受限。

发明内容

因此，本发明提供一种电插头，其具有：连接单元，该连接单元可与电导线耦合用于电能的传输；至少一个电接触销，该至少一个电接触销具有插拔段和耦合段，其中耦合段与连接单元电耦合并且其中插拔段被构造为提供与所分配的接触插孔进行可松脱的插拔连接，以便将接触销与接触插孔电耦合；以及检测单元，该检测单元被构造用来检测施加到接触销上的拉力和/或接触销相对于接触插孔的运动并且提供用于中断能量传输的关断信号。

本发明还提供一种能量传输装置，其具有根据本发明的电插头、与电插头的连接单元电耦合的电导线和控制单元，该控制单元与电插头的检测单元电耦合并且被构造为根据检测单元的关断信号和/或接通信号来控制通过电导线的电能传输。

本发明的优点

通过电插头的检测单元可以及时识别插拔连接的松脱并且因此提供用于中断能量传输的关断信号。因此阻止了电弧的形成。对用户来说还不存在燃烧危险。此外，避免了对电插头和所分配的接触插孔的损害。

电插头的操作非常简单，因为不必操纵专门的机械按键来松脱插拔连接。此外，插头随时可被从接触插孔分离。在插头被从接触插孔中拔出之前不必等待直到例如充电过程已经被正常终止。

附加地，根据本发明的电插头提供了将标准插座用作接触插孔的可能性。因此，每个标准插座可被用于例如给电动车辆充电。因此，电动车辆/混合动力车辆的操作友好性被显著提升。

特别优选的是，检测单元被构造用来只要拉力超出了力阈值和/或运动超出了运动阈值就提供关断信号。

通过该措施可靠地识别插拔连接的松脱。在插头处微小的拉力或插头的小量运动/震动不导致能量传输的关断。由此，能量传输的稳定性可以被提高。

在另一实施方式中，阈值被确定为使得与所分配的接触插孔的插拔连接至少直到达到阈值时都存在。

由此实现在能量传输已经被中断时插头和接触插孔之间的电接触才被分开。通过该措施电弧不能再形成。因此不存在用户的燃烧或不期望的点燃可燃烧材料的危险。在拔出电插头时对电插头和所分配的接触插孔的损害得到阻止。

根据另一实施方式，检测单元具有力测量设备，其与接触销机械耦合并且被构造为在插拔连接松脱时根据接触销和接触插孔之间的力来检测拉力。

在该实施方式中，确定直接在接触销处的拉力。如果该拉力超出了力阈值，于是就探测到插拔连接的松脱并且生成用于关断能量传输的关断信号。

在另一实施方式中，力测量设备被构造为在提供插拔连接的情况下检测接触销和接触插孔之间的压力，其中力阈值为在提供插拔连接的情况下所检测的压力值。

通过该措施，通过测量对于提供插拔连接必要的压力，可以非常简单地确定力阈值。如果拉力超出了这样确定的力阈值，则可以非常可靠地推断出插拔连接的松脱。

根据另一实施方式，检测单元具有可推移元件，该元件借助于预应力被保持在初始位置，并且只要拉力超出该预应力该元件就可被从初始位置中移出，其中该预应力为力阈值。

在该实施方式中，可推移元件一直被保持在初始位置直至拉力超出力阈值。在超出力阈值的情况下，可推移元件被从初始位置移出并且插拔连接的松脱被识别出。因此可以在插头和接触插孔之间的电接触分离之前及时地借助于关断信号中断能量传输。

根据另一实施方式，检测单元具有用于提供预应力的弹簧元件。

通过该弹簧元件，预应力可以被非常简单地以及低成本地提供。

在另一实施方式中，检测单元具有根据接触销的运动可推移的滑动装置，其中检测单元被构造用来只要滑动装置相对初始位置被推移了运动阈值就提供关断信号。

在该实施方式中，只要滑动装置相对于初始位置被推移了运动阈值，即被推移了预定义的路程，插拔连接的松脱就被识别。运动阈值有利地被如此选择使得在该位置的插头仍与接触插孔电连接。因此，可以避免插头或接触插孔的由可能发生的电弧形成引起的损害。

根据另一实施方式，检测单元被构造为只要滑动装置的初始位置被调整就提供用于启动能量传输的接通信号。

借助于滑动装置可以非常简单地探测：插头是否完全地被容纳在接触插孔中。如果滑动装置位于初始位置，那么就识别出插拔连接的建立并且产生接通信号以便启动能量传输。

根据另一实施方式，检测单元具有另外的弹簧元件，其被构造用来施加力到滑动装置上以便相应于接触销的运动来推移滑动装置。

通过该措施，滑动装置至少在预定义的区域跨度内与接触销的运动（相对于接触插孔）同步地被推移。因此可以可靠地识别插拔连接的松脱/提供。

在另一实施方式中，滑动装置具有与接触销同心地被布置的套管。

这是滑动装置的一种简单的和低成本的实现方式。

在另一实施方式中，检测单元被构造用来提供用于控制能量传输的控制单元的关断信号和/或接通信号。

与检测单元耦合的控制单元可以根据所提供的关断信号/接通信号来关断或启动能量传输。作为控制单元，可以例如使用电动车辆的已经存在的充电控制设备。可替代地，也可以设置单独的控制单元，该控制单元被构造为能量传输装置的一部分（或充电电缆的一部分）。

在能量传输装置的实施方式中，电导线还与可电驱动的车辆的牵引电池耦合，其中控制单元被构造用来根据关断信号中断牵引电池的充电过程。

这是根据本发明的能量传输装置的一种优选的实施方式。在此，电导线优选地借 助于合适的充电设备与牵引电池耦合。因此可电驱动的车辆可在每个任意的标准插座处充电。专门的解锁机制/锁紧机制不是必需的。电插头可随时被与所分配的接触插孔分离，而不存在形成电弧的危险。

能够理解，根据本发明的电插头的特征、特性和优点也相应地适用或可应用于根据本发明的能量传输装置。

附图说明

图1用示意性方式示出了可借助于能量传输装置与充电站耦合的电驱动车辆；

图2用示意性方式示出了具有电插头的能量传输装置的详细视图；以及

图3至5在示意图中示出了电插头的不同实施方式。

具体实施方式

在图1中示意性示出了电动车辆并总体上用10表示。在可替代的实施例中，车辆10也可为插入式混合动力车辆。电动车辆10典型地具有未在图1中详细表示的作为驱动发动机使用的多相电机。电动车辆10还具有为多相电机的运行提供电能的牵引电池12。在电动车辆10的一定的运行持续时间后，牵引电池12必须重新充电。为此，电动车辆10被连接到充电站14，该充电站14又与电能供应网16耦合。充电站14具有接触插孔18，该接触插孔18在本示例中对应于标准插座并且用于把电动车辆10连接到充电站14。此外，充电站14具有能量传输单元20，接触插孔18借助于该能量传输单元20与能量供应网16相耦合。

为了给电动车辆10充电，牵引电池12借助于能量传输装置22（在本情况中借助于充电电缆22）与充电站14电连接。充电电缆22具有电插头24和在一端与插头24电耦合的电导线26。电导线26的另一端借助于充电设备27与电动车辆10的牵引电池12电连接。为了产生电动车辆10与能量供应网16之间的电接触，插头24被插入接触插孔18中。

为了结束牵引电池12的充电过程（例如因为为了行驶需要电动车辆10），插头24必须被从接触插孔18中松脱。根据本发明，插头24被构造为及早识别电插头24和接触插孔18之间的插拔连接的松脱并且基于此提供关断信号，以便在插头24和接触插孔18之间的电连接断开之前中断牵引电池12和能量供应网16之间的能量传输。因此可以避免形成插头24和接触插孔18之间的电弧。因此，对于充电电缆22的用户来说不存在燃烧危险。此外，保护插头24和接触插孔18免受损害。

为了更详细的阐述，图2中示出了能量传输装置22或充电电缆22的详细视图。

插头24具有插头壳28，在其中部分地容纳了两个接触销30a、30b。接触销30a、30b分别具有插拔段32a、32b以及耦合段34a、34b。插拔段32a、32b被构为提供与接触插孔18的可松脱的插拔连接，以便把接触销30a、30b与接触插孔18电耦合。耦合段34a、34b与连接单元36耦合，该连接单元36把接触销30a、30b与电导线26电耦合以用于传输电能。

根据本发明，电插头24另外具有检测单元38，其被构造为检测施加到接触销30上的拉力。附加地或可替代地，检测单元38可被构造为检测接触销30相对于接触插孔18的运动。

如果插头24应被从接触插孔18中拔出，那么必须在插头24上施加一定拉力。检测单元38测量例如作用到接触销30上的力并且将其与力阈值做比较。如果所测量的拉力超过了力阈值，那么就识别出插头24与接触插孔18之间的插拔连接的松脱。因此检测单元38生成关断信号并且将其传送到控制单元40。根据该关断信号，控制单元40在接触销30与接触插孔18之间的电连接断开之前中断能量供应网16与牵引电池12之间的能量传输。因此阻止电弧形成。在该实施例中，控制单元40被设置为单独的单元，其与插头24一起形成充电电缆22的一部分。在一个可替代的实施例中，还可以使用在电动车辆10中已经存在的充电控制设备来根据关断信号控制能量传输。

此外，存在借助于检测单元38检测接触销30相对于接触插孔18的运动的可能性。如果电插头和接触插孔18之间的插拔连接松脱，那么接触销30必须被从接触插孔18中拔出。如果所检测的接触销30的运动超过了预定义的运动阈值（也就是说，预定义的最大路程），那么就识别出插拔连接的松脱并且生成关断信号并且将其转发到控制单元40。

在此，力阈值和运动阈值优选地被如此确定，使得识别插拔连接的松脱并且因此可以在接触销30和接触插孔18之间的电接触断开之前进行牵引电池12和能量供应网16之间的能量传输的关断。不过，用于稳定能量传输的阈值必须被选择得如此大，使得牵引电池12的充电过程在插头24的小的震动的情况下不被中断。

借助于检测单元38还可以明确：插头24是否被插入到接触插孔18中并且因此在插入过程结束时完全被容纳在接触插孔18中。对此，检测单元38又检测接触销30相对于接触插孔18的运动。在接触销30到达相对于接触插孔18的确定位置的情况下，识别到插头24插入到接触插孔18中并且生成接通信号，该接通信号被转发到控制单元40用来启动牵引电池12的充电过程。

借助于能量传输的受控的接通或关断来确保充电电缆22的最大可能的运行安全性。

在接下来的图3至5中以示意图示出了电插头24以及尤其是根据本发明的检测单元38的不同实施方式。因为下图的焦点在检测单元38的不同实现方式上，所以出于清楚的原因未在这些图中示出插头24的其它元件。

图3示出了具有插头壳28和接触销30的插头24。在该实施例中，检测单元38具有分别与接触销30a、30b之一机械耦合的力测量设备42a、42b。借助于力测量设备42a可以检测在松脱/提供插拔连接时施加到接触销30上的力。如果插头24例如从接触插孔18中被拔出，那么力测量设备42就检测施加到接触销30上的拉力。如果所测量的拉力超过预定义的力阈值，那么就识别出插拔连接的松脱并且把关断信号传送到控制单元40。力阈值在该实施方式中优选地被确定为使得力测量设备42在提供插拔连接的情况下检测压力。于是，所检测的压力被作为力阈值存储在检测单元38中。因此在该实施例中，只要在插拔连接松脱的情况下所检测的拉力超过了在提供插拔连接情况下的压力，就把关断信号传送到控制单元40。在此无关紧要的是：拉力是由直接拔出插头24引起的还是由在电导线26处拉拽引起的。

图4中示出了根据本发明的插头24的另一实施方式。检测单元38具有在本示例中与插头壳28'或插头壳28'的一部分相对应的可推移元件28'。如用来自图4的箭头44a、44b表明的那样，该可推移元件被相对于接触销30可推移地安置。此外，检测单元38具有弹簧元件46a、46b，其施加预应力到可推移元件28'上以便将可推移元件28'保持在图4中示出的初始位置。

在电插头24被从接触插孔18中拔出的情况下，插头壳28'或可推移元件28'被施加拉力。如果该拉力超出借助于弹簧元件提供的在该实施例中表示力阈值的预应力，那么可推移元件28'就被从图4中示出的初始位置向右移出。由此，可以例如操纵检测单元38的未在图4中详细表示的可产生关断信号的开关。因此可以在接触销30和接触插孔18之间的电连接被断开之前借助于控制单元40中断通过电导线26的能量传输。

图5中示出了根据本发明的插头24的另一实施方式。检测单元38具有滑动装置48a、48b，其被相对于接触销30可推移地安置（参见图5中的箭头50a、50b）。滑动装置48a、48b在该实施例中被构造为套管48a、48b，所述套管48a、48b与相应接触销30a、30b同心地布置。检测单元38还具有另外的弹簧元件52a、52b，其本身支撑在插头壳28处并且施加压力（图5中向左的力）到套管48a、48b上。

如果插头24插入到接触插孔18中，那么套管48本身支撑在接触插孔18的基座处。由此，套管48在插入过程的进程中完全被压入插头壳28中。一旦到达了套管48的预定义的终止位置，插头24插入到接触插孔18中就被借助于检测单元38探测到并且接通信号被传送到控制单元40。控制单元40可以根据该接通信号启动能量传输。

在插头24被拔出接触插孔18的情况下，套管48借助于另外的弹簧元件52又被在插头壳28上压出。如果套管48在该运动中超出了预定义的路程、也就是预定义的运动阈值，那么插拔连接的松脱就被检测单元38识别出并且生成关断信号，该关断信号被传送到控制单元40用于关断能量传输。

因此在该实施方式中，接触销30相对于接触插孔18的运动可借助于套管48被检测。关断信号/接通信号根据该检测的接触销30的运动来生成。

因此，尽管示出了根据本发明的插头24和根据本发明的能量传输装置22的优选实施方式，但是能够理解可以进行不同的变型和改动而不脱离本发明的范围。

例如可以由检测单元38仅仅提供力测量信号或运动信号，该力测量信号或运动信号随后在控制单元40中根据与预定义的阈值的比较被分析。因此在控制单元40中识别插拔连接的松脱/提供并且因此发起能量传输的关断/启动。

此外，还存在这样的可能性：将检测单元38的多个不同实施方式相互组合以便因此提高识别插拔连接的松脱/提供的可靠性。

此外能理解的是，根据本发明的插头24或根据本发明的能量传输装置22不仅可以用于电动车辆/插入式混合动力车辆的充电电缆，还可以用于任意电子设备——例如家用电器或电动工具。特别有利的是，在具有高电流消耗的所有电子设备中使用根据本发明的电插头。

Claims (14)

1.电插头（24），具有：

- 连接单元（36），其能与电导线（26）耦合用于传输电能，

- 至少一个电接触销（30），其具有插拔段（32）和耦合段（34），其中耦合段（34）与连接单元（36）电耦合并且其中插拔段（32）被构造用来提供与所分配的接触插孔（18）进行可松脱的插拔连接，以便将接触销（30）与接触插孔（18）电耦合，和

- 检测单元（38），其被构造用来检测施加到接触销（30）上的拉力和/或接触销（30）相对于接触插孔（18）的运动并且提供用于中断能量传输的关断信号。

2.根据权利要求1所述的电插头，其中检测单元（38）被构造用来只要拉力超出力阈值和/或运动超出运动阈值就提供关断信号。

3.根据权利要求2所述的电插头，其中阈值被如此确定使得与所分配的接触插孔（18）的插拔连接至少直到达到阈值时都存在。

4.根据权利要求1至3之一所述的电插头，其中检测单元（38）具有力测量设备（42），该力测量设备与接触销（30）机械耦合并且被构造用来在插拔连接松脱的情况下根据接触销（30）和接触插孔（18）之间的力检测拉力。

5.根据权利要求4所述的电插头，其中力测量设备（42）被构造为在提供插拔连接的情况下检测接触销（30）和接触插孔（18）之间的压力并且其中力阈值为在提供插拔连接的情况下的压力的所检测的值。

6.根据权利要求1至3之一所述的电插头，其中检测单元（38）具有可推移元件（28'），该可推移元件借助于预应力被保持在初始位置并且只要拉力超出预应力该可推移元件就能从初始位置移出，并且其中所述预应力是力阈值。

7.根据权利要求6所述的电插头，其中检测单元（38）具有用于提供预应力的弹簧元件（46）。

8.根据权利要求7所述的电插头，其中检测单元（38）具有滑动装置（48），该滑动装置根据接触销（30）的运动能被推移，并且其中检测单元（38）被构造为只要滑动装置（48）被相对于初始位置推移了运动阈值就提供关断信号。

9.根据权利要求8所述的电插头，其中检测单元（38）被构造为只要滑动装置（48）的初始位置被调整就提供用于启动能量传输的接通信号。

10.根据权利要求8或9所述的电插头，其中检测单元（38）具有另外的弹簧元件（52），该另外的弹簧元件被构造用来施加力到滑动装置（48）上，以便相应于接触销（30）的运动来推移滑动装置（48）。

11.根据权利要求8或9所述的电插头，其中滑动装置（48）具有与接触销（30）同心地被布置的套管。

12.根据权利要求1至3之一所述的电插头，其中检测单元（38）被构造用来提供用于控制能量传输的控制单元（40）的关断信号和/或接通信号。

13.能量传输装置（22），具有：

- 根据权利要求1至12之一所述的电插头（24），

- 电导线（26），其与电插头（24）的连接单元（36）电耦合，和

- 控制单元（40），其与电插头（24）的检测单元（38）电耦合并且被构造用来根据检测单元（38）的关断信号和/或接通信号来控制通过电导线（26）的电能传输。

14.根据权利要求13所述的能量传输装置，其中电导线（26）还与可电驱动车辆（10）的牵引电池（12）耦合并且其中控制单元（40）被构造用来根据关断信号中断牵引电池（12）的充电过程。