CN112805545A - 电触头热感测系统 - Google Patents

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Abstract

热感测系统(100)包括电触头(102)、感测元件(104)和位置传感器(106)。电触头包括限定通道(136)的轴(130)。通道沿着轴的外表面(140)从开口(138)延伸到轴中。感测元件至少部分地设置在通道的外部且通过开口可操作地连接到通道。感测元件可基于通道内的温度变化而相对于电触头移动。位置传感器与电触头和感测元件间隔开。位置传感器配置为响应于通道内的温度变化而检测通道的外部的感测元件的一部分的位置变化。

Description

电触头热感测系统
技术领域
本文的主题涉及监测电气装置内的电触头的温度的热感测系统，电气装置例如但不限于电动车辆充电装置。
背景技术
电动车辆，包括全电动和插电式混合动力车辆，具有用于为电池充电的充电系统，该电池提供用于推进车辆的电流。充电系统包括车辆上的充电插孔，该充电插孔可释放地联接至连接到外部电源的配合连接器。由于车辆在充电操作期间是不移动的，因此期望减少充电操作的持续时间以减少车辆的不移动时间。可以通过增加功率(例如电流)传输的速率来减少充电时间。在大电流充电期间，充电插孔的电触头会由于电触头的电阻而发热。如果不加以控制，热量可能损坏充电系统的部件，并有可能引起火灾。
为了防止与热相关的损坏和火灾，一些已知的充电系统具有温度传感器，用于监视充电装置内的温度。如果测得的温度超过指定的阈值，则对充电系统进行编程以降低(例如，减慢或可能停止)充电操作期间的功率传输。降低的功率传输速率减少了产生的热量，从而能够将温度保持在不太可能造成损坏的安全水平。然而，已知充电装置中的温度传感器可能不准确和/或具有延迟的响应时间，这降低了传感器的功效。例如，为防止高功率充电电路对低功率温度感测电路产生电弧或其他干扰，已知的充电装置试图通过将温度传感器和相关的电路相对于电源触头较远地放置和/或放置在壁或其他中间结构的后面，来使温度传感器和相关的电路与充电电路电隔离。但是，分隔距离和中间结构导致电触头和温度传感器之间的温度梯度很大，从而降低了传感器的灵敏度并减慢了响应时间。由于灵敏度低和响应时间慢，已知的充电系统对充电操作的控制受到限制。
要解决的问题是一种热感测系统，该系统可以更准确且更快速地监测电气装置的电触头的温度。
发明内容
上述问题通过提供一种热感测系统来解决，其包括电触头、感测元件和位置传感器。电触头包括限定通道的轴。通道沿着轴的外表面从开口延伸到轴中。感测元件至少部分地设置在通道的外部且通过开口可操作地连接到通道。感测元件可基于通道内的温度变化而相对于电触头移动。位置传感器与电触头和感测元件间隔开。位置传感器配置为响应于通道内的温度变化而检测通道的外部的感测元件的一部分的位置变化。
附图说明
现在将参照附图以举例的方式描述本发明：
图1是根据实施例的用于监测一个或多个电触头的温度的热感测系统的截面图。
图2示出了图1所示的热感测系统，其电触头配合至配合触头。
图3是根据一个实施例的热感测系统的一部分的截面图，示出了电触头和热感测系统的感测元件。
图4是图3所示的热感测系统的一部分的截面图，膨胀末端处于伸出位置。
图5是根据图3和图4所示的实施例的热感测系统的一部分的分解透视图。
图6是根据另一实施例的热感测系统的一部分的截面图，示出了电触头和感测元件。
图7示出了根据替代实施例的图6所示的热感测系统的一部分的截面图。
图8是根据另一实施例的热感测系统的一部分的截面图，示出了电触头和感测元件。
图9是图8所示的热感测系统的一部分的截面图，代表感测元件的导线的外部段处于与图8不同的位置。
图10是根据又一实施例的热感测系统的一部分的截面图，示出了电触头和感测元件。
图11是根据另一实施例的热感测系统的截面图，示出了处于第一位置的代表感测元件的流体界面。
图12示出了图11的热感测系统，其中代表感测元件的流体界面处于第二位置。
图13示出了根据替代实施例的图11和图12的热感测系统，其中使用两个传感器来检测流体界面的位置。
图14示出了根据实施例的车辆充电系统，其包括停在充电站旁边的电动车辆，且热感测系统可以安装在电动车辆上。
图15是根据实施例的图14所示的电动车辆的充电插孔的俯视图。
图16是根据实施例的充电插孔的一部分的底部透视图。
图17是根据本公开的实施例的用于感测电触头的温度的方法的流程图。
具体实施方式
本公开的一个或多个实施例涉及监测电触头的温度的热感测系统。热感测系统通过检测由电触头的温度引起的可移动的感测特征的物理运动而间接地监测电触头的温度。电触头的热能转换为机械能，其导致联接到电触头的感测特征的运动。利用传感器来检测感测特征的位置变化和/或运动。可以用电触头的温度来校准感测特征的运动。例如，感测特征可以不达到第一指定位置，直到电触头的温度达到或超过已知温度。因此，接收到表明传感特征处于预设位置的传感器数据，指示电触头的温度达到或超过已知温度。
本文所述的热感测系统可用作自动采取一个或多个动作的刺激(或触发)。例如，响应于检测到电触头的温度超过已知温度(基于示出感测特征处于第一指定位置的温度数据)，可操作地连接到传感器的控制装置可以改变改变沿电触头传输的电流速率，以致动电开关以降低电触头的温度。如本文所述，与使用常规温度传感器来监测电触头的温度相比，热感测系统提供了多种优势。
图1是根据实施例的用于监测一个或多个电触头的温度的热感测系统100的截面图。热感测系统100包括电触头102、感测元件104和位置传感器106。电触头102配置为可释放地接合配合触头112以在两个触头102、112之间建立导电路径，以传输电力或信号形式的电流。在图1中，电触头102从配合触头112脱离，但触头102、112准备好进行配合。在非限制性示例中，电触头102可以是电力端子，其用于传输用于为负载供电和/或将电荷存储在电池组或另一电气存储设备中的直流电流。电触头102可配置为以高达或超过500A的高电流速率和高达或超过1000V的高压处理直流电流。替代地，电触头102可以用于以较低的电能水平传输数据和/或控制信号。
感测元件104安装到电触头102。感测元件104可基于电触头的温度相对于电触头102移动。感测元件104可以轴向地、旋转地移动，等等。
位置传感器106与电触头102和感测元件104两者间隔开。位置传感器106通过电介质材料(例如空气)与电触头102电隔离。位置传感器106在不接合感测元件104的情况下检测感测元件104相对于电触头102的位置变化或运动，使得位置传感器106是非接触传感器。位置传感器106可以是任何类型的非接触位置和/或运动传感器，例如但不限于光耦合器、霍尔效应传感器、电容位移传感器、超声换能器、光学接近度传感器等等。例如，根据图1所示的非限制性示例的位置传感器106具有衬底114，能量发射器116和能量接收器118安装在衬底114上。能量发射器116被控制为以光(例如可见光、UV、红外等)、超声等形式发射机电能量脉冲120。诸如束或波的能量脉冲120被导向感测元件104。接收器118配置为接收从感测元件104的远侧末端122反射回来的能量脉冲120。尽管位置传感器106在图1中具有分立的发射器116和接收器118，在替代实施例中，发射器和接收器可以集成在单个部件中，例如收发器。在另一替代实施例中，发射器116和接收器118可以设置在不同的分立的衬底上，而不是相同的衬底114上。例如，感测元件104可以设置在发射器116接收器118之间。
由接收器118接收的能量脉冲120的特性用于指示感测元件104的位置和/或运动。特性可以包括能量脉冲120的方向、强度、频率等。例如，在图1中，在脉冲120从感测元件104的远侧末端122反射回来之后，接收器118接收能量脉冲120。分析在接收器118处接收到的脉冲120的特性以确定感测元件104的位置。替代地，用于确定感测元件104的位置的能量脉冲120的特性可以是在接收器118处是否存在脉冲120的接收。例如，尽管未在图1中示出，如果感测元件104的远侧末端122未将脉冲120反射回接收器118，则不存在脉冲120的接收可以指示感测元件104的位置。例如，如果远侧末端122设置在吸收脉冲120或将脉冲120远离接收器118重定向的障碍物的后面，感测元件104可能无法将脉冲120反射到接收器118。随后，接收器118接收到脉冲120，指示感测元件104已经移动到不同的位置。
电触头102具有从安装端132延伸到配合端134的轴130。在所示的实施例中，轴130在配合端134处限定销形的配合段142。销形的配合段142接合配合触头112。在所示的实施例中，配合触头112具有插座144，插座144在其中接收轴130的配合端134。插座144被限定在配合触头112的两个接触臂146之间。
轴130在其中限定通道136。通道136在轴130的外表面140处从开口138延伸到轴130的内部中。可选地，开口138位于轴130的安装端132处。通道136可以平行于轴130的纵向轴线伸长。通道136在安装端132处从开口138朝向配合端134延伸。通道136延伸到闭合端148，使得通道136不会突出穿过轴130的配合端134。开口138可以仅代表通道136的外部开口。
感测元件104至少部分地设置在通道136的外部且通过开口138可操作地连接到通道136。在所示的实施例中，感测元件104突出穿过开口138，且远侧末端122在通道136的外部。感测元件104配置为基于通道136内的温度(例如，热能)而相对于电触头102移动。
根据至少一个实施例，热感测系统100在电触头102上或附近没有电路，因此几乎没有由通过电触头102传输的高压电流在热感测系统100中导致的电弧和/或干扰的风险。例如，联接到电触头102的感测元件104可以没有电路。位置传感器106是非接触传感器，其通过中间结构与电触头102充分地间隔开和/或与电触头102充分地隔离，以防止沿电触头102传输的电流对传感器106的电路的损坏和/或干扰。
另外参考图2，其示出了图1所示的热感测系统100，电触头102配合至配合触头112。例如，触头102的配合端134在插座144内，并且配合触头112的接触臂146沿着销形的配合段142在配合接口处接合轴130的外表面140。例如，接触臂146可以具有凸出部202，其在触头102、112配合时，在配合接口处保持与轴130的机械和电气连接。电触头102和配合触头112之间的接合跨越配合接口建立用于电流传输的导电路径。
跨越接合接口在触头102、112之间传输电流。在电流传输期间，触头102、112由于电阻产生热量。电阻可归因于材料特性。产生的热量可以至少部分地基于电能传输的电压和/或电流。例如，高电压和/或高电流功率传输可能比低电压和/或电流功率传输产生更多的热量。热量使电触头102的温度升高。如图1所示，电流传输期间的电触头102的温度高于电触头102从配合触头112断开时电触头102的温度。例如，图1和图2中的温度计标记204指示图2中的触头102的温度高于图1。因此，图2代表感测系统100的加热状态，而图1代表冷却状态。
产生的热量增加了轴130的通道136内的温度。通道136中的温升使得感测元件104相对于电触头102移动。在所示的实施例中，感测元件104在远离通道136的方向上轴向地伸长。例如，在加热状态下，感测元件104的远侧末端122比图1所示的冷却状态更远离开口138定位。位置传感器106基于从远侧末端122反射到接收器118的能量脉冲120而检测感测元件104的远侧末端122的位置变化。
可以校准热感测系统100，使得感测元件104不改变位置(或不达到指定位置)，直到轴130的通道136内的温度超过指定阈值温度为止。例如，指定阈值温度可以代表安全工作温度范围的上限。在检测到温度超过上限时，可操作地连接到位置传感器106的控制装置可以自动实现被设计为冷却电触头102并防止损坏的响应动作。例如，控制装置可以降低(例如，减缓)，或甚至停止触头102、112之间的电流传输。热感测系统100不限于检测超过单个阈值温度。例如，可以用位置传感器106校准感测元件104，使得感测元件104到第一指定位置的运动指示电触头102处于第一温度，且感测元件104到第二指定位置的运动指示电触头102处于第二温度。控制装置可以配置为基于对第一温度的检测来采取一个预定动作，并且基于对第二温度的检测来采取第二预定动作。
图1和图2是通用的局部示意图，旨在解释热感测系统100的一般功能和操作。这里参照图3至图13呈现和描述热感测系统100的特定实施例。这里参照图14至图16呈现和描述了热感测系统100的潜在应用。
图3是根据一个实施例的热感测系统100的一部分的截面图，示出了电触头102和感测元件104。在所示的实施例中，热感测系统100还包括工作材料302，其在电触头102的轴130的通道136内。工作材料302具有随温度变化的膨胀特性。例如，工作材料302的体积响应于通道136中的正温度变化而增加。膨胀可以是由于相变(例如，从液体到气体或从固体到液体)引起的，和/或可以归因于气体蒸汽压的增加。在实施例中，工作材料302被限制在其闭合端148与感测元件104之间的通道136内。因此，随着工作材料302的膨胀，工作材料302在远离通道136的方向上在感测元件104上施加力。工作材料302在感测元件104上施加的力可以基于工作材料302的温度变化而变化。感测元件104可以响应于来自工作材料302的力超过将感测元件104偏置在第一位置的力而相对于电触头102从第一位置移动。
在所示的实施例中，热感测系统100包括至少部分地设置在通道136内的管304。管304机械地联接到感测元件104。工作材料302被包含在管304内。管304和感测元件104可以组合以限定密封室305。工作材料302可以被密封在室305内。
在所示的实施例中，感测元件104是膨胀末端306，其配置为在缩回位置和伸出位置之间双向移动。在图3中，膨胀末端306处于缩回位置。膨胀末端306是中空的，并且包括端壁308和一个或多个有褶的侧壁310。一个或多个有褶的侧壁310在管304和端壁308之间，使得端壁308经由一个或多个有褶的侧壁310连接到管304。在实施例中，膨胀末端306可以大致是圆柱形的，使得单个有褶的侧壁310沿着端壁308的长度限定膨胀末端306的周边。图3中的截面延伸穿过有褶的侧壁310的两个不同的部分。替代地，膨胀末端306可以具有棱柱形状(例如，三维多边形)，其在端壁308和管304之间包括多个有褶的侧壁310。有褶的侧壁310是以协奏曲的方式折叠的(concertinaed)并且限定多个可膨胀的折叠。膨胀末端306的有褶的侧壁310和端壁308设置在电触头102的通道136的外部。膨胀末端306可以是波纹特征。
在至少一个实施例中，当电触头102处于冷却状态时，膨胀末端306配置为处于图3所示的缩回位置。例如，具有褶皱的弯曲310可以具有集成的弹簧力，该弹簧力将膨胀末端306朝着图3所示的缩回位置偏置。当通道136内的工作材料302的温度低于指定温度时，由工作材料302施加在膨胀末端306的端壁308上的力不足以克服有褶的侧壁310的偏置力。
图4是图3所示的热感测系统100的一部分的截面图，膨胀末端306处于伸出位置。当电触头102处于加热状态时，膨胀末端306配置为处于伸出位置。例如，当通道136内的工作材料302的温度增加时，由工作材料302施加在膨胀末端306的端壁308上的力增加。当工作材料302的温度超过指定阈值时，工作材料302施加足够的力以克服有褶的侧壁310的偏置弹簧力，其使得膨胀末端306膨胀。例如，端壁308沿着位移轴线402在远离通道136的方向上从图3所示的端壁308的第一位置移动到图4所示的端壁308的第二位置。位移轴线402可以平行于通道136的纵向轴线。
在一个非限制性示例实施例中，工作材料302在电触头102的整个工作温度范围内处于气相。工作温度范围代表正常工作期间的电触头102的温度范围。例如，工作温度范围可以在约20℃和约95℃之间。因此，根据一个实施例的工作材料302可以在从20℃到95℃的整个温度范围内处于气相。工作材料302在图3所示的冷却状态和图4所示的加热状态期间是气体。电触头102在操作期间的升高的温度(由电阻产生的热量所致)会加热气体，从而增加气体的蒸汽压。蒸气压可以随着温度的升高而逐渐增加。膨胀末端306响应于蒸气压超过有褶的侧壁310的偏置弹簧力而从缩回位置朝向伸出位置移动。
在另一非限制性示例实施例中，工作材料302是饱和的液体和蒸汽混合物，其沸点在电触头102的工作温度范围内。例如，在工作温度范围的下限，工作材料302至少部分地处于液相，且在工作温度范围的上限，至少部分地处于气相。气相的蒸气压取决于温度，并且响应于温度超过阈值温度而使膨胀末端306移动到伸出位置。工作材料302可选地可以是醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇等。替代地，工作材料302可以是另一种化合物，例如苯、丙酮和沸点在电触头102的工作温度范围内的各种其他液体。
在又一个非限制性示例实施例中，工作材料302是熔点在电触头102的工作温度范围内的蜡。例如，随着通道136内的温度从工作范围的下限升高到工作范围的上限，蜡可能是不可压缩的，并表现出相变。蜡具有随温度变化的膨胀特性，该特性使蜡的体积在从固态到液态的相变期间膨胀。由于蜡可以是不可压缩的，因此蜡的体积变化直接转化为膨胀末端306的膨胀。由于蜡的体积变化发生在熔点温度下，因此该实施例中的膨胀末端306可在缩回位置和伸出位置之间表现出相对尖锐的过渡。例如，在蜡经历相变时，膨胀末端306仅可相对于电触头102移动，使得即使蜡的温度发生变化而未超过熔点温度，膨胀末端306也保持相对静止。
尽管未在图3和图4中示出，但是位置传感器106(在图1和图2中示出)配置为检测膨胀末端306的位置从缩回位置到伸出位置的变化。在至少一个实施例中，可以用膨胀末端306选择和/或校准工作材料302，使得膨胀末端306响应于电触头102的温度超过预定温度而从缩回位置移动到伸出位置。预定温度可以是安全工作温度范围的上限。因此，在伸出位置检测到膨胀末端306可以指示电触头102在安全工作温度范围之外。作为响应，可操作地连接到位置传感器106的控制装置(包括一个或多个处理器)可以自动生成控制信号以采取一个或多个预定动作。预定动作可以包括使沿着电触头102的电流传输降额、通知操作员、启动或增加风扇或空调系统的输出以冷却电触头102，等等。
图5是根据图3和图4所示的实施例的热感测系统100的一部分的分解透视图。图5示出了电触头102、管304和由膨胀末端306限定的感测元件104。电触头102可以具有头部502，其联接到轴130的安装端132。头部502端接(例如，机械地固定并且电气地连接)到电缆506的一个或多个导体504。头部502可以具有平坦的端接区域508，其经由化学结合(例如，焊接、锡焊等)与一个或多个导体504接合。端接区域508可以沿着相应的头部502的背离轴130的后侧510设置。在所示的实施例中，头部502包括长形的凸部512，其从头部502与轴130连接的位置向外突出，并且端接区域508沿着凸部512定位。
在所示的实施例中，头部502是与轴130分立的部件。轴130接收在头部502中的开口514中以将两个部件机械地联接在一起。轴130可以螺纹连接到开口514内的螺旋螺纹，或者经由过盈配合、粘合剂、焊接或其他化学结合连接。在替代实施例中，电触头102可以是一体的整体结构，使得轴130与头部502是一体的，而无需用于将两个部件联接的接合操作。
轴130内的通道136平行于轴130的纵向轴线伸长。通道136的开口138位于轴130的安装端132处，且在头部502的开口514内暴露。
管304被示出为与膨胀末端306分开。管304具有闭合端520和与闭合端520相对的开放端522。在所示的实施例中，管304在两个端部502、522之间线性地延伸，但是在替代实施例中，管304可以以一定角度弯曲或弯折。工作材料302(如图3和图4所示)可以通过开放端522装载到管304中。在将工作材料302装载到管304中之后，膨胀末端306可以在开放端522处机械地联接到管304，以将工作材料302封闭在管304和膨胀末端306内。可以经由激光焊接、粘合剂、压接、紧固件等将膨胀末端306固定到管304。膨胀末端306与管304的联接可以将工作材料302气密密封在管304和膨胀末端306内。
图6是根据另一实施例的热感测系统100的一部分的截面图，示出了电触头102和感测元件104。图6中的感测元件104是插塞602，而不是图3至图5所示的膨胀末端306。插塞602通过轴130的通道136的开口138突出。插塞602具有在通道136内的内端604。插塞602可通过在通道136内的工作材料302相对于电触头102移动。工作材料302撞击到插塞602的内端604上。类似于膨胀末端306，插塞602配置为基于通道136内的温度被工作材料302在插塞602的第一位置和插塞602的第二位置之间推动。例如，通道136内的温升导致工作材料302迫使插塞602的内端604向通道136的开口138移动。插塞602沿着致动轴线606双向地移动。在所示的实施例中，致动轴线606平行于通道136的纵向轴线。通道136内的工作材料302可以是参考图3和图4描述的用于移动膨胀末端306的任何工作材料。
插塞602配置为通过工作材料302沿着致动轴线606在缩回位置和伸出位置之间移动。通道136内的插塞602的内端604设置为在伸出位置比在缩回位置更靠近开口138。在伸出位置，插塞602的与内端604相对的第二端610设置在通道136的外部并且能够被位置传感器106(如图1所示)检测。可选地，插塞602在图6中的位置可以代表伸出位置。随着插塞602从伸出位置朝向缩回位置过渡，插塞602朝向触头102的配合端134移动并且第二端610接近开口138。在缩回位置，插塞602的第二端610可以保留在通道136的外部，可以与开口138齐平，和/或可以凹入通道136内。替代地，图6中所示的位置可以代表缩回位置，并且第二端610从通道136移动得甚至更远到伸出位置。位置传感器106能够检测插塞602的第二端610的位置变化，或者安装到第二端610上的指示器标记的位置变化。
热感测系统100还可包括环形密封件612，其围绕插塞602密封通道136。例如，环形密封件612可以在插塞602的外表面613和轴130的内表面614之间径向地延伸。环形密封件612将工作材料302限制在通道136内。环形密封件612允许插塞602沿着致动轴线606相对于环形密封件612的滑动运动。可选地，环形密封件612可以是压缩垫圈，例如O形环。
在所示的实施例中，热感测系统100没有管，因此工作材料302被限制在轴130的内表面614内并与轴130的内表面614接合。在替代实施例中，热感测系统100可以包括管304(如图5所示)，且环形密封件612在插塞602的外表面613与管304的内表面之间延伸以将工作材料302密封在管304内。
图7示出了根据替代实施例的图6所示的热感测系统100的一部分的截面图。在图7中，与图6不同，通道136的开口138不位于电触头102的安装端132处。而是，开口138沿着轴130的圆柱形外表面140设置。开口138在轴130的配合端134和安装端132之间间隔开。插塞602代表感测元件104，类似于图6中所示的实施例。在图7中，插塞602双向移动所沿的致动曲线606横向于通道136(和轴130)的纵向轴线。在所示的实施例中，引起插塞602运动的机构可以与图6所示的实施例相同。
图8是根据另一实施例的热感测系统100的一部分的截面图，示出了电触头102和感测元件104。在图8中，感测元件104是包括一种或多种金属的金属感测元件802。金属感测元件802凸出穿过电触头102的开口138，使得金属感测元件802在通道136内具有内部段804，并且具有设置在通道136外部的外部段806。外部段806配置为响应于内部段804的温度超过指定阈值温度而相对于电触头102从第一位置移动的第二位置。图8示出了相对于电触头102处于第一位置的外部段806。金属感测元件802的外部段806可以附接到指示器标记808。相比于仅外部段806的端部，位置传感器106(如图1所示)可能更容易识别和检测指示器标记808。指示器标记808可以是位置传感器106可检测到的任何标记，例如轻质的一块布、金属片等。
图8中的热感测系统100缺少工作材料，该工作材料对金属感测元件802施加随温度变化的膨胀力。例如，金属感测元件802具有能够使外部段806基于金属感测元件802的内部段804的温度变化而移动的材料特性。在非限制性示例实施例中，金属感测元件802是包括形状记忆合金的导线810。例如，形状记忆合金可以是镍钛、铜铝镍等。导线810可以具有多个预设位置。例如，导线810可以形成为代表导线810的原始形状的第一形状。导线810可随后变形为第二形状。在将导线810加热到导线810的转变温度以上时，导线810可以恢复到预先变形的原始形状。导线810的变形将导线810的外部段806定位在第一预设位置。当导线810由于加热而恢复为原始形状时，外部段806移动至第二预设位置。导线810可能具有单向或双向记忆效果。例如，如果导线810是双向的，则导线810的变形形状也可以被“存储”，以使导线810在加热到转变温度以上时移动到原始形状，而在冷却到转变温度以下时移动回到变形形状。
在图8中，导线810可以是变形形状，而导线810的外部段806可以处于第一预设位置。图9是图8中所示的热感测系统100的一部分的截面图，导线810的外部段806处于与图8中不同的位置。例如，导线810的外部段806在图9中处于第二预设位置。随着轴130的通道136内的温度升高，最终，导线810的内部段804的温度超过导线810的转变温度。转变温度可以是导线810的材料特性。超过转变温度的温度会使导线810恢复为原始形状，这使外部段806相对于电触头102移动。位置传感器106(如图1所示)能够检测附接到外部段806的指示器标记808的位置变化。可以利用电触头102的操作来校准导线810的特性，使得导线810的转变温度对应于电触头102的指定阈值温度。例如，指定阈值温度可以是电触头102的安全工作温度范围的上限，因此导线810的转变指示电触头102的温度大于上限。
导线810的内部段804可选地可以是盘绕的，这可以增加导线810对通道136内的热能的敏感性。在所示的实施例中，外部段806从图8所示的第一位置旋转到图9所示的第二位置，但在其他实施例中，外部段806可以以其他方式移动，例如弯曲、盘绕、沿轴线移动等。导线810可以经由诸如垫圈等的机械保持器814安装至电触头102。在所示的实施例中，机械保持器814设置在通道136内，但是替代地，可以在通道136的外部。
图10是根据又一实施例的热感测系统100的一部分的截面图，示出了电触头102和感测元件104。所示出的实施例与图8和图9所示的实施例相似，因为感测元件104是金属感测元件802，其具有在通道136内的内部段804和设置在通道136外部的外部段806。外部段806配置为响应于内部段804的温度超过指定阈值温度而相对于电触头102从第一位置移动的第二位置。所示实施例与图8和图9不同，因为金属感测元件802是双金属带902而不是包含形状记忆合金的导线。
双金属带902包括第一金属层904和第二金属层906。两个金属层904、906相对于彼此固定。例如，层904、906可以处于堆叠布置中，其中两个层904、906直接彼此相对放置或经由中间层间接放置。在图10中，两层904、906彼此直接堆叠。两个金属层904、906具有不同的金属组成和性质。例如，第一金属层904的膨胀系数与第二金属层906的膨胀系数不同。第二金属层906的膨胀系数可选地可以大于第一金属层904的膨胀系数。当内部段804在电触头102的通道136内被加热时，第二金属层906的膨胀速率大于第一金属层904。膨胀梯度使外部段806相对于电触头102从第一位置移动到第二位置，位置传感器106可以检测到该位置变化(如图1所示)。例如，第二金属层906可以使外部段806在堆叠体中的第一金属层904的方向上弯曲并弯折到第二位置。在图10中，以实线示出了外部段806的第一位置910，以虚线示出了第二位置912，以指示外部段806的运动。在替代实施例中，双金属带902可以被扭曲或盘绕而不是平坦的，这可以导致外部段806的旋转运动。
图11是根据又一实施例的热感测系统100的截面图，示出了电触头102、感测元件104和位置传感器106。在所示的实施例中，感测元件104是包含在封闭的管952内的不凝气体950。管952还包含工作材料302。管952在电触头102的通道136内具有内端954，并且在通道136的外部具有外端956(例如，管952突出穿过开口138)。
在所示的实施例中，管952、工作材料302和不凝气体950代表电导率可变的热管。工作材料302基于沿电触头102产生的热量引起的通道136内的温度在管952内移动不凝气体950。位置传感器106通过检测在不凝结气体950和工作材料302之间的流体界面960中的位置变化来检测不凝结气体950的运动。在图11中，流体界面960在管952内处于第一位置。
在操作期间，由电触头102产生的热量沿着管道136在通道136内的部分进入管952。热量使工作材料302的温度升高。工作材料302可以是饱和液体，从而热量导致液体到蒸气的相变。加热的蒸气向管952的外端956移动，外端956比内端954冷。例如，外端956可能暴露于空气流，与机械热沉等热联接等，这在较热的内端954和较冷的外端956之间实现温度梯度。
图12示出了图11的热感测系统100，其中流体界面960在管952内处于第二位置。不凝气体950被工作材料302的蒸气压压缩，从而使流体界面960从图11所示的第一位置移动到图12所示的第二位置。流向外端956的加热蒸汽将不凝气体950推向外端956，并将不凝气体950压缩到外端956中。不凝气体950占据的体积(例如，流体界面960的位置)可以是温度的函数。例如，与较低的温度相比，通道136和管952内的较高温度导致不凝气体950的更多的压缩。结果，响应于高温而不是低温，流体界面960被定位成更靠近外端956。
位置传感器106监测流体界面960的位置，该位置用于指示电触头102的通道136内的温度。在所示的实施例中，位置传感器106是温度传感器964，其与通道136外部的管952热连接。温度传感器964与电触头102间隔开。温度传感器964轴向设置在电触头102与管952的外端956之间，并且与外端956间隔开。
温度传感器964可以基于在管952内的检测到的温度来检测流体界面960的位置。不凝气体950比工作材料302更冷，因为很少或没有工作材料302的蒸气行进穿过不凝气体950的体积。例如，当蒸气在通道136的外部移向管952的外端956时，蒸气可能凝结，在到达外端956之前将蒸发的潜热散发到空气或机械热沉。因此，检测第一温度的温度传感器964可以指示不凝气体950的体积与温度传感器964对齐，且检测第二更大温度的温度传感器964可以指示工作材料302的蒸汽与温度传感器964对齐。
电触头102在图12中比图11中更热。例如，图12中较热的温度导致工作材料302的蒸气压更高，从而将不凝气体950压缩成比图11中更小的体积。结果，流体界面960在图12所示的加热状态下比在图11所示的冷却状态下更靠近外端956。在图11中，不凝气体950的体积与温度传感器964对齐。流体界面960在电触头102和传感器964之间。在图12，工作材料302的蒸汽与温度传感器964对齐。流体界面960在温度传感器964和外端956之间。温度传感器964在图12中检测工作材料302的温度，且在图11中检测不凝气体950的温度。由于工作材料302可以比不凝气体950更热，检测到更高的外度指示流体界面960已经移动超出温度传感器964，使得温度传感器964不再能够检测到不凝气体950的温度。热感测系统100可以被校准，使得流体界面960不移动超出度传感器964(位于传感器964和外端956之间)，直到通道136内的温度超过指定阈值温度。
图13示出了根据替代实施例的图11和图12的热感测系统100，其中使用两个温度传感器964作为位置传感器106来检测流体界面960在管952内的位置。两个温度传感器964都在电触头102与管952的外端956之间热连接到管952的外部段。两个温度传感器964轴向地彼此间隔开且与外端956间隔开。可以比较从两个温度传感器964中的每一个检测到的温度，以确定流体界面960在管952内的位置。例如，如果两个传感器964中的第一温度传感器964A检测到的温度大于两个传感器964中的第二温度传感器964B检测到的温度，则流体界面960可以如图13所示位于两个传感器964A、964B之间。如果两个传感器964A、964B检测到的温度近似相等(在指定的误差范围内)，则流体界面960不在两个传感器964A、964B之间。使用多个温度传感器964可以比单个温度传感器964提供流体界面960的更准确的位置检测。
图14示出了根据实施例的车辆充电系统1100，其包括停靠在充电站1104旁边的电动车辆1102。本文描述的热感测系统100可以在作为非限制性示例应用的电动车辆102内使用。电动车辆1102包括车载电池组1106，其电连接到车载充电插孔1110。在所示的实施例中，充电插孔1110安装到车辆1102的侧面1118。
车辆1102可以是不具有内燃机的全电动车辆、包括电池组1106和内燃机两者的插电式混合动力车、等等。电池组1106供应电力(例如，电流)以为车辆1102的牵引电动机(未示出)供电，以向动力传动系统和车轮1116提供牵引力。牵引力沿路线推动车辆1102。可选地，当不需要牵引力时，例如当下坡行驶时，牵引电动机可以选择性地用作发电机，以利用再生制动产生电能以对电池组1106充电。电池组1106可以代表电池和/或电池单元的阵列。
充电插孔1110配置为与外部电源的配合连接器连接以对电池组1106充电。在所示的实施例中，充电站1104代表外部电源，且充电站1104的插头连接器1112代表配合连接器。当车辆1102不靠近充电站1104时，可以用于连接到充电插孔1110以对电池组1106充电的其他外部电源包括电气插口、外部发电机等。配合插头连接器1112经由电力电缆1114联接到充电站1104。热感测系统100可以安装在充电插孔1110上，以在充电操作期间监测充电插孔1110内的温度。
另外参考图15，其为根据实施例的充电插孔1110的俯视图。充电插孔1110包括外壳1120和由外壳1120保持的两个电触头102。电触头102中的一者或两者可以代表本文所述的热感测系统100的一部分。外壳1120具有配合侧1122，配合侧1122具有接口，该接口可释放地联接到配合插头连接器1112以建立电连接，来将电流从充电站1104传导至电池组1106。例如，插头连接器1112可以包括多个配合触头112(如图1所示)，其配置为接合在配合接口处接合电触头102，以跨越配合接口建立用于电流传输的导电路径。充电插孔1110可以具有锁定装置(未示出)，以在配合位置中将配合插头连接器1112与充电插孔1110可释放地固定，以防止配合插头连接器1112与充电插孔1110过早断开。外壳1120可以可选地包括凸缘1124，其用于将充电插孔1110安装至车辆1102，例如安装至车辆1102的车身面板或底盘。
充电插孔1110的外壳1120从配合侧1122延伸到与配合侧1122相对的背侧1126。两个电触头102A、102B被保持为彼此间隔开。触头102A、102B从背侧1126突出到外壳1120的对应的触头通道1128中。端接到电触头102(如图5所示)的电缆506设置在外壳1120的外部。在所示的实施例中，电缆506是电力电缆，其从电触头102延伸到电池组1106以传递电流来为电池组1106充电。沿着电触头102和电缆506传递的电流可以是相对较高的功率(例如，高电压和/或电流)。例如，电触头102可以是直流(DC)快速充电端子，用于以高达或超过500A的速率和高达或超过1000V的高电压传递DC电流。尽管未示出，除了两个电触头102以外，插孔1110还可以包括由外壳1120保持的其他电触头，例如以相对于电触头102所传递的功率水平降低的功率水平来传递交流电(AC)的触头。充电插孔1110可以包括盖1130(如图16所示)，其可移除地联接至外壳1120并包围电触头102。盖1130未在图15中示出。
图16是根据实施例的充电插孔1110的一部分的底部透视图。透视图示出了外壳1120的背侧1126。盖1130安装在外壳1120上，以在外壳1120的盖1130和背侧1126之间限定腔1132。为了描述的目的，在图16中以横截面示出了盖1130，以示出被包围在腔1132内的电触头102。电缆506可以延伸穿过盖1130中的一个或多个出口开(未示出)以离开腔1132。
热感测系统100可以安装在充电插孔1110上，以监测至少一个电触头102在充电插孔1110内的温度。在所示的实施例中，充电插孔1110具有两个热感测系统100，包括监测第一电触头102A的温度的第一热感测系统100A和监测第二电触头102B的温度的第二热感测系统100B。第一热感测系统100A包括第一电触头102A、联接的第一电触头102A的感测元件104、以及第一位置传感器106A。第二热感测系统100B包括第二电触头102B、联接到第二电触头102B的感测元件104、以及第二位置传感器106B。
在所示的实施例中，第一位置传感器106A和第二位置传感器106B安装到盖1130的内表面1134。第一位置传感器106A的放置允许第一位置传感器106A检测感测元件104在第一触头102A上的位置变化，该位置变化可归因于第一触头102A的超过预定阈值的温升。同样地，第二位置传感器106B的放置允许第二位置传感器106B检测感测元件104在第二触头102B上的位置变化，该位置变化可归因于第二触头102的温升。在替代实施例中，位置传感器106A、106B可以安装到外壳1120或腔1132内的另一部件，例如次级锁定件。
第一位置传感器106A和第二位置传感器106B可操作地连接到包括一个或多个处理器的控制装置1140。控制装置1140可以是电动车辆1102的部件(如图14所示)或外部电源的部件(例如，充电站1104)。位置传感器106A、106B中的每一个可以配置为生成位置数据，其经由有线或无线路径通信至控制装置1140。位置数据指示相应的位置传感器106是否检测到对应的感测元件104从第一位置到第二位置的位置变化。控制装置1140分析(例如，处理)由位置传感器106A、106B接收到的位置数据。当接收到指示感测元件104在第一触头102A上从第一位置到第二位置的位置变化时，控制装置1140可以确定第一触头102A的温度超过指定阈值温度。当接收到指示感测元件104在第二触头102B上的位置变化的位置数据时，控制装置1140可以进行关于第二触头102B的类似的确定。
当确定电触头102A、102B中的至少一个的温度超过指定阈值温度时，控制装置1140可以被编程以自动地采取一个或多个动作。例如，控制装置1140可以生成和通信控制信号，该控制信号配置为降低跨越电触头102A、102B与配合连接器1112(图14)的对应的配合触头112(如图1所示)之间的配合接口的电流传输的速率。电流传输的速率可以降低到非零速率或可以降低到零，使得电流传输停止。电流传输速率的降低会降低电阻产生的热量，这可以允许电触头102A，102B冷却到指定阈值温度以下。可选地，控制装置1140可以配置为响应于确定电触头102A、102B中的至少一个的温度超过指定阈值温度而采取不同或附加的预定动作。例如，控制装置1140可以生成并通信控制信号，该控制信号配置为向操作人员通知充电插孔1110内的过高温度，以将事件的记录存储在日志中，等等。
图17是根据本公开的实施例的用于感测电触头102的温度的方法1200的流程图。可以使用根据本文所述的实施例的热感测系统100来执行方法1200。参考图1-图16，方法1200开始于1202，在1202处提供电触头102。电触头102在其中限定通道136，并且联接到感测元件104，该感测元件104至少部分地设置在通道136的开口138的外部。感测元件104配置为基于电触头102的通道136内的温度而相对于电触头102从第一位置移动到第二位置。例如，感测元件104可以仅响应于通道136内的温升超过指定阈值温度而达到第二位置。电触头102可以是，但不限于电动车辆1102的充电插孔1110的部件。
在1204，电触头102在配合接口处可释放地连接到配合触头112，以跨越配合接口建立用于电流传输的导电路径。例如，电流传输可以是但不限于为电动车辆1102的电池组1106充电的充电电流。跨越配合接口的电流传输会由于材料和界面的电阻而发热。产生的热量会使电触头102的温度升高。
在1206，在跨越配合接口的电流传输期间，感测元件104的位置由至少一个位置传感器106监测。(多个)位置传感器106可以是能够检测感测元件104相对于电触头102的位置变化的任何类型的传感器。例如，(多个)位置传感器106可以是光耦合器、霍尔效应传感器、电容位移传感器、超声换能器、光学接近度传感器等。在至少一个实施例中，(多个)位置传感器106可以是温度传感器，其基于温度地图检测感测元件104的位置。感测元件104的第一位置和第二位置可以是预定的和指定的位置。
在1208，确定是否由(多个)位置传感器106检测到感测元件104从第一位置到第二位置的位置变化。感测元件104的位置变化可以包括感测元件104的伸长或感测元件104在远离通道136的方向上的其他运动。替代地，位置变化可以包括感测元件104的扭曲或旋转，或者感测元件104相对于电触头102的弯曲。(多个)位置传感器106可以通过监测在通道136的外部的感测元件104的外部段，或监测附接到感测元件104的外部段的指示器标记808来检测位置变化。如果未检测到感测元件104从第一位置到第二位置的位置变化，则方法1200的流程回到1206，且(多个)位置传感器106继续监测感测元件104的位置。如果，另一方面，检测到感测元件104从第一位置到第二位置的位置变化，则流程继续到1210。
在1210，确定电触头102的通道136内的温度超过指定阈值温度。例如，可以用温度校准感测元件104，使得感测元件104仅响应于通道136内的超过指定阈值温度而实现从第一位置到第二位置的位置变化。如果通道136内的温度小于指定阈值温度，则感测元件104不在第二位置。相反，如果通道136内的温度大于指定阈值温度，则感测元件104配置为处于第二位置。因此，检测到感测元件104处于第二位置指示通道136内的温度超过指定阈值温度。指定阈值温度可选地可以代表安全工作温度的上限，使得超过指定阈值温度的温度可能有损坏容纳电触头102(例如，充电插孔1110)和/或相关的部件和电路的风险。
在1212，在确定电触头102的通道136内的温度超过指定阈值温度之后，降低跨越电触头102和配合触头112之间的配合接口的电流传输的速率。例如，电流传输的速率可以降低至非零速率或可以完全降低以停止附加的电流传输，至少直到电触头102的温度小于指定阈值温度。降低电流传输速率可以降低充电操作过程中与热相关的损坏和/或着火的风险。可选地，电流传输速率的降低可以由控制装置1140控制，该控制装置1140通过有线或无线连接与(多个)位置传感器106通信。
在第一非限制性示例实施例中，在1202提供电触头102包括用具有随温度变化的膨胀特性的工作材料302填充电触头102的通道136。工作材料302响应于通道136内的温升而迫使感测元件104在远离通道136的方向上移动。在电触头102的整个工作温度范围中，工作材料302可以仅处于蒸汽相，处于液体和蒸汽相，和/或处于固态和液相。例如，工作材料302可以是不可压缩的蜡，其当温度超过指定阈值温度时从固体变为液体，使得感测元件104从第一位置移动到第二位置。
在第二非限制性示例实施例中，在1202提供电触头102包括将管304装载到电触头102的通道136中。管304机械地联接至感测元件104，以限定密封的室305，其容纳具有随温度变化的膨胀特性的工作材料302。工作材料302响应于通道136内的温升而迫使感测元件104在远离通道136的方向上移动。感测元件104可以是类似于波纹管、插塞602等的膨胀末端306。
在第三非限制性示例实施例中，在1202提供电触头102包括将管952装载到电触头102的通道136中，使得管952的外端956在通道136的外部。管952包含具有随温度变化的膨胀特性的工作材料302和代表感测元件104的不凝气体950。另外，(多个)位置传感器106可以在1206处监测不凝气体950的位置，以通过检测管952在通道136的外部的一个或多个轴向位置的温度来检测不凝气体950的位置变化。例如，(多个)位置传感器106可以是(多个)温度传感器964。热感测系统100可以具有多个温度传感器964，它们在通道136的外部沿着管952的外部段的长度间隔开。
在第四非限制性示例实施例中，在1202提供电触头102包括将感测元件104装载到电触头102的通道136中，使得感测元件104的内部段804在通道136内，且感测元件104的外部段806在通道136的外部。感测元件104包括双金属带902或形状记忆合金导线810。双金属带902或形状记忆合金导线810的外部段806响应于通道136内的内部段804的温度变化而相对于电触头102移动。

Claims (15)

1.一种热感测系统(100)，包括：
电触头(102)，其包括限定通道(136)的轴(130)，所述通道沿着所述轴的外表面(140)从开口(138)延伸到所述轴中；
感测元件(104)，其至少部分地设置在所述通道的外部且通过所述开口操作地连接至所述通道，所述感测元件基于所述通道内的温度变化而能够相对于所述电触头移动；以及
位置传感器(106)，其与所述电触头和所述感测元件间隔开，所述位置传感器配置为响应于所述通道内的温度变化而检测所述通道的外部的所述感测元件的一部分的位置变化。
2.如权利要求1所述的热感测系统(100)，其中所述电触头(102)是用于电动车辆(1102)的充电插孔(1110)的电力端子。
3.如权利要求1所述的热感测系统(100)，其中所述轴(130)从所述轴的安装端(132)伸长到所述轴的与所述安装端相对的配合端(134)，其中所述通道(136)的开口(138)位于所述安装端处，且所述通道朝向所述配合端纵向地延伸到所述通道的闭合端(148)。
4.如权利要求3所述的热感测系统(100)，其中所述感测元件(104)凸出穿过所述轴(130)的开口(138)并且突出超过所述轴的安装端(132)。
5.如权利要求1所述的热感测系统(100)，其中所述感测元件(104)是凸出穿过所述开口(138)的双金属带(902)且具有设置在所述通道(136)外部的外部段(806)，所述双金属带包括第一金属层(904)和相对于所述第一金属层固定的第二金属层(906)，所述第一金属层的膨胀系数与所述第二金属层不同，使得所述外部段响应于所述双金属带的温度变化而相对于所述电触头(102)移动。
6.如权利要求1所述的热感测系统(100)，其中所述感测元件(104)是包括形状记忆合金的导线(810)，所述导线凸出穿过所述开口(138)且具有所述通道(136)外部的外部段(806)，其中所述导线的外部段响应于跨越所述导线的转变温度的所述导线的温度而从第一预设位置(910)移动到第二预设位置(912)。
7.如权利要求1所述的热感测系统(100)，还包括在所述轴(130)的通道(136)内的工作材料(302)，所述工作材料具有随温度变化的膨胀特性，其中所述工作材料响应于所述通道的温升而迫使所述感测元件(104)在远离所述通道的方向上移动。
8.如权利要求7所述的热感测系统(100)，其中所述通道(136)内的所述工作材料(302)是气相的，且具有低于所述电触头(102)的工作温度范围的沸点。
9.如权利要求7所述的热感测系统(100)，其中所述通道(136)内的所述工作材料(302)是饱和的液体和蒸汽混合物，其具有所述电触头(102)的工作温度范围内的沸点。
10.如权利要求7所述的热感测系统(100)，其中所述工作材料(302)是醇。
11.如权利要求7所述的热感测系统(100)，其中所述工作材料(302)是蜡，其具有所述电触头(102)的工作温度范围内的熔点。
12.如权利要求7所述的热感测系统(100)，其中所述感测元件(104)是突出穿过所述通道(136)的开口(138)的插塞(602)，其中所述工作材料(302)撞击到所述通道内的所述插塞的内端(604)上，并且响应于所述通道内的温升而迫使所述内端朝向所述开口移动。
13.如权利要求1所述的热感测系统(100)，还包括管(304)，其至少部分地设置在所述通道(136)内并且机械地联接到所述感测元件(104)，其中所述管包含工作材料(302)，其基于所述管内的所述工作材料的温度变化而改变施加在所述感测元件上的力。
14.如权利要求13所述的热感测系统(100)，其中所述感测元件(104)是膨胀末端(306)，其具有端壁(308)和位于所述端壁与所述管(304)之间的有褶的侧壁(310)，其中所述一个或多个有褶的侧壁配置为基于所述工作材料(302)施加的力而纵向地膨胀和收缩。
15.如权利要求1所述的热感测系统(100)，其中所述位置传感器(106)是光学接近度传感器。
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