CN109720227B - 充电插头和用于汽车的充电站 - Google Patents

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Abstract

充电插头，‑具有用于容纳功率接触件(6)的壳体(4)以及‑具有用于功率传递的功率接触件(6)，其特征在于‑用于液体探测的设备(10)，所述设备设置用于探测聚积在所述壳体(4)内部的液体。

Description

充电插头和用于汽车的充电站
技术领域
本发明涉及一种充电插头，其具有用于容纳功率接触件的壳体，并且具有用于功率传递的功率接触件。此外，本发明还涉及一种具有此种充电插头的用于汽车的充电站。
背景技术
开头所述类型的充电插头和充电站例如用于为具有电动马达的汽车的电池充电。
汽车与充电站之间的可能的插接连接是标准化的并且因此仅能在通过标准规定的、狭窄的范围内进行修改。与此相反，存在不断提高充电功率以缩短充电时间的需求。因此，应该通过标准的连接传递总是更高的充电功率。例如，应实现小于等于350安培的充电电流。
为了实现高的充电功率，可以主动地冷却充电插头，从而导出在插接连接区域内产生的热量。由此能够避免由于过热引起的充电插头或汽车的损伤。在此，充电插头的主动冷却原则上实现了顺畅但可靠的充电过程。
但是，存在由于冷却系统的泄露而使冷却流体聚积在壳体内室中并由于泄露的冷却流体而造成功率接触件短路的风险。
无论是否使用主动冷却系统，都存在由于壳体的损伤或错误的使用而使液体渗入充电插头中并导致功率接触件短路的风险。
此种短路对操作者具有高的伤害隐患，而且可能导致充电插头、充电站以及待充电的汽车的损坏。
发明内容
由前述现有技术出发，本发明基于以下技术问题，提出一种充电插头和充电站，其不具有或至少程度低地具有前述缺点，并尤其实现了可靠的功率传递。
前述技术问题通过根据本发明的充电插头以及根据本发明的充电站实现。
根据第一方面，本发明涉及一种充电插头，其具有用于容纳功率接触件的壳体以及用于功率传递的功率接触件。充电插头具有用于液体探测的设备，其设置用于探测聚积在壳体中的液体。
借助此探测器能够得知是否有液体位于壳体内部。如果在壳体中探测到液体，那么则可采取安全措施。例如可中断充电站的充电过程或者可阻止充电过程的启动。
探测器能够设置用于与充电站的控制单元相连，从而在探测到壳体内的液体时能够例如自主地切断充电插头的功率供应。
由此能够改善充电过程的安全性，其中，能够避免由于液体而引起功率接触件的短路和/或显示出可能的短路。
在本文中，如果提及聚积的液体，则可能涉及单独的液滴、多个液滴或者大量的液体。
充电插头可设置用于传递小于等于350安培的充电电流，从而实现对电动汽车电池的快速的充电过程。
充电插头可具有设置在壳体上的把手，从而改善充电插头的操作。
充电插头可涉及根据标准IEC 62196的充电插头，从而实现对大量电动汽车的应用。
充电插头可涉及用于作为根据IEC 62196的电动汽车充电插头系统的所谓的“联合交流/直流充电系统(Combined AC/DC-Charging System)”(CCS)的直流(DC)充电插头，其中，电动汽车的充电插座支持AC充电(交流电流)和DC充电(直流电流)。联合交流/直流充电系统主要由汽车侧的CCS插座、所谓的入口(Inlet)和充电插头组成。汽车侧的CCS插座在此同样适用于接收AC充电插头或者DC充电插头。
充电插头可涉及设置用于电池借助直流电流的充电过程的充电插头，从而实现例如在对公众开放的快速充电站处的顺利充电。
充电插头可涉及设置用于电池借助交流电流的充电过程的充电插头，从而实现在例如私人使用的充电站处的经济型充电。
充电插头可涉及设置用于借助直流电流和/或交流电流的电池充电过程，从而实现充电插头的灵活应用。
根据充电插头的另一设计方案规定，用于液体探测的设备具有至少一个具有导体电路结构的探测元件，其中，探测元件放置在壳体的内室中，并且其中，导体电路结构构成用于液体探测的探测面。
原则上已知此种具有导体电路结构的液体探测器，其中，针对此种探测器的运行方式参见DE 10 2007 032 250 B3。
本发明中的导体电路结构可具有至少两条导体电路，其彼此具有间距并且对应于单独的电极。
通过相邻导体电路的间距能够在可探测的液滴大小或液体的量的方面调节探测器的敏感度。导体电路之间的间距越小，引起导体电路桥接并由此能够探测到的液滴大小或液体的量则越小。
导体电路结构构成探测面或展开成探测面，在其区域内能够探测液体。
导体电路结构的至少一条导体电路或者整个导体电路结构能够具有防腐保护涂层。例如，导体电路结构的一条导体电路或者整个导体电路结构可为镀金的。
可以设置，使探测面至少部分地覆盖和/或铺及在朝向内室的壳体内表面上。那么，则能够借助探测器区段式地或者完全地覆盖内室的尤其裸露的壳体表面。
壳体内表面可具有尤其至少一个朝向内室的底面和/或至少一个朝向内室的侧面。底面可完全地或部分地由探测器、尤其由探测器的探测面覆盖和/或铺及。替代地或补充地，侧面可完全地或部分地由探测器、尤其由探测器的探测面覆盖和/或铺及。在此，“覆盖”表示，探测器紧密贴靠、尤其没有间隙地布置在相应的表面上。“铺及”在此表示，探测器相对于容纳功率接触件的内室完全地或部分地区分相应的表面，但至少部分地在间隔条件下或在与相应铺及的表面构成间隙的条件下延伸。
探测元件可形状配合地和/或力配合地和/或材料配合地保持或固定在壳体中。探测元件可例如粘贴在壳体中，从而实现低成本的可靠的固定。探测元件可松散地置于壳体中。探测元件可借助锁止连接或夹紧连接保持在壳体中。
探测元件可以是平面的探测元件，其展开形成探测面的宽和长分别为其壁厚的数倍。在此，壁厚垂直于由导体电路结构延展构成的探测面测量。因此，探测元件能够紧凑地集成在壳体中。尤其探测元件能够集成或加装在现有的壳体中，而无需增加充电插头的结构大小或尺寸。
探测元件能够借助背离内室的背面全面地贴靠在壳体的侧面和/或底面上。因此，能够实现探测元件在壳体内室中紧凑的接合。
根据充电插头的另一设计方案提出，探测元件至少区段式地匹配于壳体的形状。因此，能够实现探测元件在壳体内室中紧凑的接合。
替代地或补充地，平面的探测元件可为柔性的电路板。那么，探测元件则能够不受损坏地并且在不使用工具的条件下匹配于壳体的形状。
根据充电插头的另一设计方案规定，承载导体电路结构的基板和/或探测面和/或导体电路结构具有弯曲。例如，承载导体电路结构的基板和/或探测面和/或导体电路结构可匹配于壳体的弯曲，从而实现探测元件在壳体中紧凑的接合。替代地或补充地，承载导体电路结构的基板和/或探测面和/或导体电路结构沿着一个边缘弯折地或者成角度地实施，从而跟随壳体的形状或节约空间地布置。
平面的探测元件可具有尤其至少区段式地覆盖或铺及了壳体底面的中央的中间区段。在中央的中间区段上可连接至少一个侧翼、尤其两个侧翼，此侧翼至少区段式地与中央的中间区段成角度地延伸。侧翼能够分别至少区段式地覆盖或铺及壳体的侧面。对应于翼的侧面可朝向彼此。
在中央的中间区段与侧翼之间构成的过渡区域在横截面中观察可实施为弯曲的，并例如具有半径，从而构成探测元件从中央的中间区段到侧翼的平滑的过渡。此过渡在横截面观察可尤其实施为切线恒定的或曲率恒定的。此横截面的方向可垂直于探测面。
探测元件在垂直于探测面的截面中可基本呈U形或者马蹄铁形或者呈现出开放的轮廓。
探测元件可至少由两侧、尤其由三侧包围在壳体内延伸的功率接触件。例如，功率接触件可布置在探测元件的两个侧翼之间。
可设置，使探测元件具有伸入壳体的连接区域的接片，其中，连接区域具有用于将一条或多条导线引入壳体内室中的开口。那么，在狭窄的或逐渐变细的连接区域中也能够探测液体聚积。接片同样具有导体电路结构，从而探测面进入连接区域。此种连接区域和接片能够实施为逐渐变细的。
接片能够相对于探测元件的中央的中间区段成角度地延伸，从而随从壳体的形状。
接片能够相对于探测元件的中央的中间区段至少区段式地沿着反向于探测元件的侧面接片的延伸方向延伸，从而跟随壳体的形状。
导体电路结构的至少一条导体电路能够具有防腐保护，尤其为镀金的。
可设置使探测元件主要设置有至少两条梳状地、栅格状地或螺纹状连接的导体电路，其彼此具有间距。
可设置使导体电路结构铺及探测元件的整个平面延展区域，从而保证对壳体内的液体的可靠探测。
导体电路结构可具有通过连接电阻耦合的两条导体电路。
探测元件在朝向内室的上侧可具有导电的表面部分或导体电路。
替代地或补充地，导体电路可嵌入一个基板、例如吸水的毛毡或类似结构中。在此，导体电路可完全地或部分地由基板环绕。
探测面沿着垂直方向观察可至少区段式地位于导体电路结构下方，从而可靠地探测液体的聚积。在此，充电插头的指向涉及充电插头符合规定的使用，尤其充电插头与汽车耦合或固定在充电站内的情况。
根据另一设计方案，充电插头具有用于加热用于液体探测的设备的加热装置。在不利的气候条件下，可能出现用于液体探测的设备沾水，这可能触发故障警报。通过加热装置能够避免用于液体探测的设备沾水以及由此导致的故障警报。
加热装置能够根据环境条件，例如温度、空气湿度、气压等控制或接通。
加热装置可具有至少一条布置在探测元件的背离探测面的背面上的导体电路。因此，加热装置能够紧凑并低成本地集成在探测元件中。
导体电路可为能够通过加热电流加热的。
可设置刚好一条导体电路。可设置两条或更多的导体电路。
为了通过加热装置保证平面的覆盖或平面的供热，可以使加热装置的导体电路螺旋状延伸。替代地或额外地，加热装置的导体电路可铺及探测元件背面的整个平面延展区域。
加热装置可具有一个PTC元件或多个PTC元件。
加热装置可具有由PTC材料制成的层。
PTC元件和PTC材料的特征在于随着温度增长的电阻，从而在不使用复杂控制的条件下能够避免加热装置的过热。
可设置用于加热PTC元件和/或PTC材料的电极。此电极可设计得基本呈点状、线状或栅格状。
PTC元件和/或PTC材料和/或电极能够至少区段式地、尤其完全地嵌入探测元件中。
根据充电插头的另一设计方案规定，充电插头具有用于主动冷却充电插头的冷却装置，其中，冷却装置具有至少一个引导冷却剂的冷却剂循环回路，并且其中，冷却流体尤其为基于水的。
冷却设备与用于液体探测的设备的组合实现了尤其可靠地传递高的充电功率。因此，能够借助用于液体探测的设备监测冷却液体向壳体内的泄露。
如果例如壳体内室由于冷却液体从具有冷却液体的冷却回路中流出而注液，则能够与控制装置共同作用进行对与充电插头相连的充电站的紧急断电。但是，借助用于液体探测的设备也能够例如使冷却流体的单个液滴的泄露或者冷却流体的多个液滴的泄露成为能够探测的。
冷却液体可为基于水的并含有防冻剂，例如乙二醇或类似物质。
冷却液体可为矿物油。
冷却液体可为全合成的物质，例如氟化酮或类似物质。
根据第二方面，本发明涉及一种用于汽车的充电站，其具有根据本发明的充电插头，其中，用于液体探测的设备设置用于在探测到壳体内的液体的情况下切断或封锁充电站的功率输出。
可设置使用于液体探测的设备与充电站的控制单元相连，从而在液体聚积的条件下触发安全措施，例如切断功率输出或类似的。
探测元件的第一导体电路的第一极可与PE导线相连或接地。探测元件的第二导体电路的第二极能够通过从控制单元引出的单独的输入导线恒定地或间断地施加电压。
如果液体浸湿导体电路，则可通过导体电路的桥接探测到电流升高。在控制装置中可为此情况集成安全措施，尤其紧急切断或类似措施，从而例如中断充电插头处的功率输出。由导体电路的桥接引起的升高的电流，或者说欧姆电阻的降低，在此可转化为触发充电装置的保险机构、尤其切断装置的信号。
替代地或补充地可设置，在功率输出之前、即在充电过程启动之前检验壳体中是否存在液体。在此情况下，可通过控制单元事先封锁功率输出。
整体上，可提供一种充电站，其尤其与主动冷却的充电插头结合而实现了可靠并安全的充电过程。
附图说明
下文中根据示出了实施例的附图进一步说明本发明。其中分别示意性地示出了：
图1示出了根据本发明的充电插头；
图2示出了不带壳体的图1中的充电插头；
图3示出了不带供电导线的图2中的充电插头；
图4示出了不带连接接口的图3中的充电插头；
图5以透视图示出了用于液体探测的设备；
图6示出了根据本发明的充电站；
图7示出了另一个根据本发明的充电插头；
图8以透视图示出了另一个用于液体探测的设备。
具体实施方式
图1以两幅透视图示出了充电插头2。充电插头2设置用于为电驱动汽车的电池充电。此充电插头2根据标准IEC 62196实施。
充电插头2具有用于容纳功率接触件6的壳体4。功率接触件6用于从充电站8到汽车的功率传递。充电插头2实施用于以直流电流充电。
充电插头2具有用于液体探测的设备10(图2)。图2示出了由壳体4封装的输出导线和输入导线以及相应的接口，其中，为了内部结构的清晰性隐去了壳体的一部分。
设备10设置用于探测聚积在壳体4内部的液体。
用于液体探测的设备10具有导体电路结构14的探测元件12。
探测元件12放置在壳体14的内室16中。内室16通过壳体4与环境U隔离，如图1中可见。
导体电路结构14构成用于液体探测的探测面18。探测面18是通过导体电路结构14张开的、朝向内室16的整个面积。
探测面18部分地覆盖朝向内室16的壳体内表面20，其中，壳体内表面20通过图2中的虚线表示。壳体内表面20具有朝向内室16的底面22和两个朝向内室16的侧面24,26，其中，侧面24,26朝向彼此。探测元件12在此借助背离内室16的背面28完全地贴靠在壳体4的侧面24,26和底面22上。
探测元件12为平面的探测元件12。探测元件12的宽b和长l分别为壁厚t的数倍。
探测元件12匹配于壳体4的形状。
探测元件12为柔性的电路板12。
承载导体电路结构14的基板30、探测面18和导体电路结构14分别在区域32,34中具有弯曲。
探测元件12具有伸入壳体4的连接区域38的接片36。壳体4的连接区域38具有用于将导线42引入壳体4的内室16中的开口40。
导线42包含信号导线43、负载导线45，49,55,57、正流冷却管51和两条回流冷却管47,53。
导体电路结构14具有防腐保护并在此实施为镀金的。
导体电路结构14具有两个彼此间隔的导体电路44,46。
导体电路44,46彼此相间隔地布置并且在接片36的区域中梳状地彼此交织。在探测元件12的中央的中间区段48的区域中以及与其相邻的探测元件12的侧面接片50,52中，导体电路44,46螺旋状地彼此交织布置。
如图5中可见，导体电路结构14覆盖探测元件12的整个平面延展范围。
图2,3和4示出了在充电过程期间充电插头2的指向。如在这些附图中可见，沿着竖直轴线V观察，探测元件12位于功率接触件6下方，从而可靠地探测渗入内室16中的液体。
导体电路44与连接元件54相连。导体电路46与连接元件56相连。连接元件54,56实施为用于为探测元件12供电以及用于与探测元件12通信的传感器导线。
充电插头具有用于主动冷却充电插头2的冷却装置58。冷却装置58具有冷却剂循环回路，其具有引导冷却流体的两个冷却通道60、冷却剂入流处61和两个冷却剂回流处63,65。冷却流体在此为基于水的。借助探测元件12能够探测到封装在冷却剂循环回路60中的冷却流体向内室16中的泄露。
图6示出了根据本发明的用于汽车的充电站。充电站8具有充电插头2。
用于液体探测的设备10设置用于在探测到壳体4内存在液体的情况下切断或封锁充电站8。
图7示出了根据本发明的充电插头62的另一变体，其同样能够与充电站8(参见图6)相连。为了避免重复说明，下文中仅说明充电插头62与充电插头2的区别，其中，相比于图1至7，在图7和8中，相同的附图标记对应于相同的特征。
相比于充电插头2，充电插头62具有用于加热用于液体探测的设备10的加热装置64。
加热装置64具有至少一条布置在探测元件68的背离探测面18的背面28上的导体电路66。导体电路66曲折地延伸并覆盖探测元件68背面28的整个平面延展范围。导体电路66在此为探测元件68的集成的组成部分。导体电路66能够借助加热电流加热。为了改善清晰性，在图8中单独地示出了探测元件68。
附图标记说明
2 充电插头
4 壳体
6 功率接触件
8 充电站
10 用于液体探测的设备
12 探测元件
14 导体电路结构
16 内室
18 探测面
20 壳体内表面
22 底面
24 侧面
26 侧面
28 背面
30 基板
32 区域/弯曲
34 区域/弯曲
36 接片
38 连接区域
40 开口
42 导线
43 信号导线
44 导体电路
45 负载导线
46 导体电路
47 冷却管回流
48 中央的中间区段
49 负载导线
50 侧面接片
51 冷却管正流
52 侧面接片
53 冷却管回流
54 连接元件
55 负载导线
56 连接元件
57 负载导线
58 冷却装置
60 冷却通道
61 冷却剂入流处
62 充电插头
63 冷却剂回流处
64 加热装置
65 冷却剂回流处
66 导体电路
68 探测元件

Claims (14)

1.充电插头，
-具有用于容纳功率接触件(6)的壳体(4)以及
-具有用于功率传递的功率接触件(6)，
其特征在于
-具有用于液体探测的设备(10)，所述设备设置用于探测聚积在所述壳体(4)内部的液体。
2.根据权利要求1所述的充电插头，
其特征在于，
-用于液体探测的所述设备(10)具有至少一个带有导体电路结构(14)的探测元件(12,68)，
-其中，所述探测元件(12,68)布置在所述壳体(4)的内室(16)中并且
-其中，所述导体电路结构(14)构成用于液体探测的探测面(18)。
3.根据权利要求2所述的充电插头，
其特征在于，
-所述探测面(18)至少部分地覆盖和/或铺及朝向所述内室(16)的壳体内表面(20)，
-其中，所述壳体内表面(20)具有至少一个朝向所述内室(16)的底面(22)和/或至少一个朝向所述内室(16)的侧面(24,26)。
4.根据权利要求2或3所述的充电插头，
其特征在于，
-所述探测元件(12,68)为平面的探测元件(12,68)，所述探测元件的延展构成所述探测面(18)的宽(b)和长(l)分别为所述探测元件的壁厚(t)的数倍，
和/或
-所述探测元件借助背离所述内室的背面(28)全面地贴靠在所述壳体(4)的侧面(24,26)和/或底面(22)上。
5.根据权利要求2所述的充电插头，
其特征在于，
-所述探测元件(12,68)至少区段式地匹配于所述壳体(4)的形状，
和/或
-所述探测元件(12,68)为柔性的电路板。
6.根据权利要求5所述的充电插头，
其特征在于，
-承载所述导体电路结构(14)的基板(30)和/或所述探测面(18)和/或所述导体电路结构(14)具有弯曲。
7.根据权利要求2所述的充电插头，
其特征在于，
-所述探测元件(12,68)具有伸入所述壳体(4)连接区域(38)的接片(36)，
-其中，所述连接区域(38)具有用于将一条导线(42)或多条导线(42)引入所述壳体(4)的内室(16)中的开口(40)。
8.根据权利要求2所述的充电插头，
其特征在于，
-所述导体电路结构(14)的至少一条导体电路(44,46)具有防腐保护，
和/或
-所述探测元件(12,68)主要设有至少两条梳状地、栅格状地或螺旋状地相连的导体电路(44,46)，所述导体电路彼此具有间距，
和/或
-所述导体电路结构(14)铺及所述探测元件(12,68)的整个平面延展范围，
和/或
-所述探测面(18)沿着垂直方向观察位于所述功率接触件(6)下方。
9.根据权利要求8所述的充电插头，
其特征在于，
-所述导体电路结构(14)的至少一条导体电路(44,46)为镀金的。
10.根据权利要求2所述的充电插头，
其特征在于，
-具有用于加热用于液体探测的所述设备(10)的加热装置(64)。
11.根据权利要求10所述的充电插头，
其特征在于，
-所述加热装置(64)具有至少一条布置在所述探测元件(68)的背离所述探测面(18)的背面(28)上的导体电路(66)。
12.根据权利要求11所述的充电插头，
其特征在于，
-所述加热装置(64)的导体电路(66)螺旋状地延伸，
和/或
-所述加热装置(64)的导体电路(66)铺及所述探测元件(68)的背面(28)的整个平面延展范围。
13.根据权利要求1所述的充电插头，
其特征在于，
-具有用于主动冷却所述充电插头(2)的冷却装置(58)，
-其中，所述冷却装置(58)具有至少一个引导冷却流体的冷却剂循环回路(60)，并且
-其中，所述冷却流体为基于水的。
14.用于汽车的充电站，
-具有根据前述权利要求中任一项所述的充电插头(2,62)，
-其中，用于液体探测的设备(10)设置用于在探测到壳体(4)内的液体的情况下切断或封锁所述充电站(8)的功率输出。
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