CN107454877A - 热监控的充电装置 - Google Patents

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Abstract

用于在交流电网上给电动车辆或者混合动力车辆充电的充电装置，其中，所述充电装置包括电网插头，在所述充电装置中所述电网插头包括接触销(5)，该接触销主要由第一材料制成，所述充电装置包括温度监控器件，该温度监控器件包括两个传感器区段(7、8)，所述传感器区段主要由第二材料制成并且分别与所述接触销连接，从而能通过所述温度监控器件按照在第一材料和第二材料之间的热电电位差的原理检测在接触销内部的温度梯度。

Description

热监控的充电装置
技术领域
本发明涉及一种用于在交流电网上给电动车辆或者混合动力车辆充电的充电装置，其中，所述充电装置包括电网插头。
背景技术
用于电动车辆或者混合动力车辆的充电装置由现有技术已知，利用这些充电装置能建立在车辆和电网之间的充电连接。因此，例如文献CN 202221911 U(D1)公开了一种这样的充电连接，该充电连接包括车辆侧的插头(在D1的图1中的3)、电网插头(在D1的图1中的2)和充电电子部件(在D1的图1中的1)。
出于过热保护的目的，充电装置配备有温度传感器，该温度传感器处于车辆侧的插头中。该温度传感器确保在充电时的热监控并且应避免过热，特别是用于保护车辆的电储能器。
发明内容
本发明的任务在于，给出一种经改进的具有热监控的充电装置。
该任务通过按照权利要求1的充电装置得以解决。本发明的有利的实施方式和进一步改进方案由从属权利要求得出。
按照本发明，充电装置包括温度监控器件并且电网插头包括接触销，该接触销主要由第一材料制成，其中，该温度监控器件包括两个传感器区段，所述传感器区段主要由第二材料制成并且分别与所述接触销连接，从而能通过所述温度监控器件按照在第一材料和第二材料之间的热电电位差的原理检测在接触销内部的温度梯度。
对此有利的是，能由温度监控器件测量电压差，该电压差与接触销中的温度梯度直接相关。将两个传感器区段与接触销连接。接触销具有分别对于一个传感器区段的两个连接位置。在所述两个连接位置中的每个连接位置上形成在第一材料和与第一材料不同的第二材料之间的与温度相关的接触电压。亦即，如果在传感器区段之间施加有电位差(电压)，则这反过来意味着，在相同的材料状况下在两个连接位置上存在不同的接触电压。这与在连接位置之间的温度差意义相同。按照赛贝克效应的基本原理、亦即按照热电电动序的热电动势的温度相关性的基本原理，提高的电压意味着在连接位置之间的提高的温度差并且因此意味着在接触销内部的温度梯度。
因此，例如可以以这种方式探测：在接触销与交流电网的插座的接触弹簧的接触位置处是否产生热功率。在产生热功率的情况下，由接触位置出发形成具有负斜率的温度梯度，能利用温度监控器件识别出所述温度梯度。因此，例如可以可靠地识别出在接触销和接触弹簧之间的提高的接触电阻，该提高的接触电阻导致在接触销中的这样的温度梯度。在连接位置之间的温度梯度越大、亦即空间间距在连接位置之间的沿着温度梯度指向的分量越大，温度监控器件的灵敏度则越高。换言之，为了检测在接触销内部的典型的温度梯度，这样选择连接位置，使得所述连接位置中的一个连接位置定位在接触销的尽可能冷的区域中，而所述另一个连接位置定位在接触销的尽可能热的区域中。
按照本发明的一种实施方式，两个传感器区段分别在传感器区段的插头侧的端部上与接触销连接。
通过直接的连接，可以相当迅速地探测到在接触销中形成的温度梯度。特别是，如果在电网和车辆之间的充电连接遭受到具有接近于电网插头的或者电网插头的对应插座的规格界限的电流强度的持续负荷，则可以直接在发生源处识别出由于接触电阻提高而引起的增温。
按照本发明的一种优选的实施方式，所述接触销中的每个接触销设有传感器区段。由此，所述接触销中的每个接触销能与其它接触销无关地被温度监控器件监控。
此外，有意义的是，充电装置包括充电电子单元。充电电子单元设置用于测量和评估在传感器区段之间的热电电压降。为此，两个传感器区段分别在传感器区段的与插头侧的端部对置的端部上与充电电子单元连接。
因此，当充电电子单元测量到在传感器区段之间的电压降过高、亦即接触销内部的温度梯度过高、或者在传感器区段之间的电压降变化过快、亦即在接触销中的热功率输入过高时，例如可以通过充电电子单元中断充电过程。出于所述目的，充电电子单元以可预给定的频率重复测量在传感器区段之间的电压降并且在每个测量事件之后评估测量到的电压降。就此而言，评估表示：借助于存储在充电电子单元中的特性曲线给测量到的电压降配设在接触销的两个连接位置之间的温度差。在温度差过高时或者在温度差变化过快时，可以通过充电电子单元来中断充电过程或者减小充电电流。以这种方式防止电网插头或者对应的插座由于过热而损坏。
按照本发明的另一种实施方式，充电电子单元包括微控制器。所述微控制器具有用于传感器区段的与相应插头侧的端部对置的端部的模数输入端，以便测量在传感器区段之间的电压。
因此，为了运行温度监控器件而在充电电子单元中设置有微控制器。微控制器特别是实施对在传感器区段之间的电压降的测量以及对测量到的电压降的评估。出于所述目的，将测量到的模拟的电压降进行数字化以用于进一步的数据处理。
按照一种特别优选的变型方案，第一材料和第二材料分别是两种不同的材料。例如接触销主要由铁制成而电压区段主要由铜制成。铁确保在接触销和接触弹簧之间的良好的导电性。铜是对于在传感器区段之间稳健的电压测量合适的导体。此外，按照热电电动序，金属具有特别高的塞贝克系数。此外，两种金属可以经由金属间连接而直接相互接触。
传感器区段的相应的插头侧的端部与接触销的连接例如可以构造成在第一金属和第二金属之间的钎焊连接。备选地，可以是熔焊连接。两种连接技术是能够几乎不影响赛贝克效应的常见且有利的金属加工方法。
按照本发明的一种特别优选的实施方式，充电装置包括车辆插头。为了充电而将充电装置经由车辆插头与车辆连接并且经由电网插头与电网连接。容纳有导电芯线的电缆将这些插头进行连接。充电电子单元集成到电缆中或者集成到所述两个插头中的一个插头中。
本发明基于以下阐述的考虑：因此提出，在电动车辆或者混合动力车辆中，在合适的热电电压金属和接触销之间的直接金属连接需要能在一般的230V交流电网上进行充电的能力。为此，针对常见的车辆出售能实现在电网和车辆之间的电能转移的充电装置。为此，将充电装置不仅与车辆连接而且与电网连接。因此，所述充电装置也经常被称为充电电缆，这些充电电缆具有车辆侧的插头(充电插头)和用于电网的电网插头。
为了在可接受的时间内给电动车辆或者混合动力车辆充电，需要相当高的接近于230V交流电网的插座的规格界限的充电电流。通常，由于家用的广泛普及，至少欧洲大部分地区使用了本领域技术人员已知的SchuKo插头-类型F或CEE-7/4插座。上面提到的电网插头与所述插座变型方案中的一种插座变型方案兼容。
与SchuKo插头系统的使用相关联的是在额定频率50Hz下230V的额定电压。插座、对应的插头和电缆导线通常针对16A的瞬时电流强度设计。这相当于约3.7千瓦的电功率。然而，持续负荷通常仅允许具有在10A和12A之间的电流强度。专门的插头-插座类型、比如所谓的野营拖车连接器(Camping-oder Caravanverbinder)被允许用于在6h的连续时间段内具有16A的持续负荷。这例如由IEC 60309标准得出。
SchuKo插头具有两个用于相导线和中性导线的接触销，这两个接触销具有4.8mm直径、19mm长度和19mm轴线距。对应的插座具有接触弹簧，在插头插到插座中时接触销嵌入到接触弹簧中。基于由于插入和拔出插头而引起的磨损，在插头的接触销和插座的接触弹簧之间的电接触电阻可能提高。接触电阻也可能基于由于腐蚀、例如由于在外部区域中或者在潮湿的环境中使用插头系统引起的老化而被提高。但不正确地安装插头或者插头的不合规格的产品质量也可能造成所述效应。提高的接触电阻导致在所涉及的接触销和接触弹簧之间的接触位置处释放热功率Pthermisch。所述效应在接触电阻Rübergangswiderstand稍微提高了0.1欧姆时按照Pthermisch＝Imax 2·Rübergangswiderstand已经发生并且在电阻提高了0.5欧姆时在电流强度为12A的情况下大约为7.2瓦。在持续负荷的情况下，这样的放热可能导致例如通过由塑料制成的插座的熔化而产生的热事件。
因此提出，接触销设有电子的温度监控系统。为此，充电装置配备有监控电子部件并且接触销配备有温度传感器。已知的温度传感器、比如PTC传感器或者NTC传感器满足类似的目的，然而由于这些温度传感器的相对高的价格和在接触销和传感器之间的热接触电阻是不利的解决方案。
因此还提出，在合适的热电电压金属和接触销之间例如通过熔焊或者钎焊建立直接的金属连接。对此，每个接触销设置有两个分别与热电电压金属的一个金属线区段的连接位置。当在接触销中在两个连接位置之间形成有温度梯度时，在两个金属线区段之间基于热电电压金属效应而发生电压降。因此，两个连接位置应设置有尽可能大的空间间距。由此，可以在测量技术上更好地分辨出在接触销内部的温度差。为了进行测量评估在充电装置中设置有微控制器，该微控制器对于每个接触销具有热电电压输入端。
附图说明
以下借助于附图描述本发明的优选实施例。由此得出本发明的其它细节、优选的实施方式和进一步改进方案。详细地示意性示出：
图1示出带有温度监控器件的充电装置；
图2示出示意性的图表：金属组合物铁-铜镍的热电电压。
具体实施方式
图1示出用于电动车辆或者混合动力车辆的充电装置的局部。该充电装置设置用于在外部能量源上给车辆充电。为此，车辆经由充电装置与外部能量源连接。通常，外部能量源是一般的电网或者终端用户处的家庭电网。因此，充电装置经常也被称为充电电缆。出于所述目的，充电装置具有电网插头(1)。在电网插头上安装有电网电缆(2、4)。充电电子部件(3)集成到电网电缆中。优选该充电电子部件在结构上这样构造，使得当不使用充电装置时，电网电缆(2和4)的两个与充电电子部件连接的区段能被卷绕到充电电子部件的壳体上。在充电电缆的与电网插头侧对置的端部上安装有车辆插头，该车辆插头与车辆上的插口兼容。通过如下方式建立充电连接，即，将电网插头插到家庭电网的插座中，将车辆插头插到车辆的充电插口中。由充电电子部件控制和调节充电过程。
按照本发明的另一种实施方式，代替所述电缆集成方式，充电电子部件也可以集成到电网插头或者车辆插头中，从而在整个长度上均匀的电缆连接这两个插头。
按照图1，电网插头具有两个主要由铁(Fe)制成的接触销。这两个接触销中的一个接触销(5)配设给一个相导线，另一个接触销(6)配设给中性导线。这基于在欧洲广泛使用的230V交流电网。作为插头类型，该实施例基于保护触点插头(SchuKo插头)。在电缆(2和4)中存在相应的电芯线。在电缆区段(2)中、亦即在电网插头和充电电子部件(3)之间附加地延伸有四个铜-镍(CuNi)金属线区段(7至10)，所述铜-镍金属线区段在电网插头和微控制器(11)之间延伸，该微控制器是充电电子部件的组成部分。各两个所述铜-镍金属线区段配设给所述接触销中的一个接触销并且分别在接触销的两个不同的点处与该接触销连接。例如，金属线区段(7)在点(P1)处与接触销(5)连接并且金属线区段(8)在点(P2)处与接触销(5)连接。通过钎焊建立连接位置。在金属Fe和CuNi之间形成与温度相关的接触电压、亦即在所述点P1和P2的每个点处形成在接触销和金属线之间的与温度相关的电位差。亦即，如果在点P1和P2处存在不同的温度，则两个金属线(7)和(8)也处于不同的电位，从而在这两个金属线之间由微控制器能测量到电位差。可以以能存储在微控制器中的频率重复所述测量。
图2示出如存储在微控制器中的、热电电压关于温度的曲线。在接触销内部形成的温度梯度越大，在接触销的金属线之间测量到的电压差则越大。利用所述效应，以便在充电过程期间将金属线和微控制器的布置结构用作接触销的温度监控器件。伴随着每次测量，微控制器给测量到的电压差配设一个温度梯度。微控制器按照模数转换步骤以数字的方式实施所述评估。微控制器通过状态消息或者通过指令将评估结果传输给充电电子部件。
当在接触销和电网插座的对应的接触弹簧之间载流的接触位置处接触电阻提高时，优选在所述接触位置处发生在充电时的放热。这可能归因于接触销的或者接触弹簧的腐蚀。于是，接触销直接位于电热功率源处并且在接触销内部的温度由接触位置起降低。因此，在销内部形成温度梯度，能按照上述方法检测所述温度梯度。所述方法对接触销内部的温度梯度灵敏，但该方法与插头的绝对温度无关。当例如在户外充电并且充电装置遭受阳光辐射时，这是特别有利的。相对于常见的对绝对温度灵敏的系统来说，这是特别的优点。此外，所述温度监控器件能低成本地实现并且可以经由分别配设的成对金属线相互分开地监控所述两个接触销。也有利的是，所述监控无延时地响应，因为直接监控销而并非仅监控插头主体。此外，温度监控器件是相当稳健的并且几乎不易出错，因为金属线与接触销具有直接的金属间连接。
亦即，如果经由能存储在微控制器中的数值(例如在点P1和P2之间的50℃的温度差)确定在所述接触销中的一个接触销内部的温度提升，则这表明对接触销的高的温度输入并且可以中断充电过程。因此，避免插座的以及电网插头的损坏。为了能实现车辆的电池的进一步充电，按照另一个实施方式可以设置调节器，该调节器重新启动被中断的充电过程。必要时交替地重复充电的中断和重新启动。由此，实现车辆的电池至少逐段的部分充电。
按照一种备选的实施方式，根据周期性工作的微控制器的状态信息这样降低充电电子部件的充电电流，使得温度梯度之后低于能存储在微控制器中的数值。这不导致中断，而是导致充电过程的延长。
按照一种进一步改进方案，充电电子部件在中断或者降低充电电流时以所描述的方式将警告信息传输给车辆的用户或者车辆。这种警告指示可以是充电电子部件本身的信号灯或者显示器淡入(Displayeinblendung)或者经由充电电子部件的无线电装置(例如WLAN或者GSM)发送。备选地，电缆区段(4)具有数据线，该数据线能实现充电电子部件与车辆的直接通信，从而可以在车辆的驾驶舱仪表中生成指示。警告指示具有如下任务，即，指示用户要检查充电装置和使用的插座的功能高效性。此外，可以给用户指示充电时间(或者说充电过程)的延长。

Claims (10)

1.用于在交流电网上给电动车辆或者混合动力车辆充电的充电装置，其中，所述充电装置包括电网插头，
其特征在于，
所述电网插头包括接触销(5)，所述接触销主要由第一材料制成，
所述充电装置包括温度监控器件，
所述温度监控器件包括两个传感器区段(7、8)，所述传感器区段主要由第二材料制成并且所述传感器区段分别与接触销连接，
从而能通过所述温度监控器件按照在第一材料和第二材料之间的热电电位差的原理检测在接触销内部的温度梯度。
2.根据权利要求1所述的充电装置，
其特征在于，
所述两个传感器区段分别在传感器区段的插头侧的端部上与接触销连接。
3.根据权利要求2所述的充电装置，
其特征在于，
所述充电装置包括充电电子单元(3)。
4.根据权利要求3所述的充电装置，
其特征在于，
所述两个传感器区段分别在传感器区段的与插头侧的端部对置的端部上与所述充电电子单元连接。
5.根据权利要求3或4所述的充电装置，
其特征在于，
所述充电电子单元包括微控制器(11)，并且
所述微控制器具有用于传感器区段的与相应插头侧的端部对置的端部的模数输入端，以便测量在传感器区段之间的电压。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的充电装置，
其特征在于，
所述第一材料是第一金属。
7.根据权利要求6所述的充电装置，
其特征在于，
所述第二材料是第二金属。
8.根据权利要求7所述的充电装置，
其特征在于，
传感器区段的相应的插头侧的端部与接触销的连接是在第一金属和第二金属之间的钎焊连接。
9.根据权利要求7所述的充电装置，
其特征在于，
传感器区段的相应的插头侧的端部与接触销的连接是在第一金属和第二金属之间的熔焊连接。
10.根据上述权利要求中任一项所述的充电装置，
其特征在于，
所述充电装置包括车辆插头。
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