CN115842257A - 具有被动冷却和温度传感器的ev充电连接器 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及具有被动冷却和温度传感器的EV充电连接器。本发明涉及一种EV(电动车辆)充电连接器(100)，其包括接触元件(102)和在连接点(121)处附接到接触元件(102)的被动冷却装置(106)。接触元件(102)和被动冷却装置(106)形成热传导装置。该充电连接器还包括附接到该热传导装置的至少一个温度传感器(131、132、133)，其中该至少一个温度传感器(131、132、133)被配置成提供温度数据，以用于检测该热传导装置的热传导故障。

Description

具有被动冷却和温度传感器的EV充电连接器
技术领域
本发明涉及EV(电动车辆)充电连接器、EV充电连接器系统、方法和温度传感器的使用。
背景技术
目前的EV充电连接器存在缺陷，例如水进入连接器、塑料部件的机械损坏和过热。过热可能由损坏引起，该损坏导致被集成用于将热量从热源传导离开的部件(通常是在到汽车入口的接口处承载充电电流的接触元件)的导热性受损。
发明内容
期望改善EV充电连接器的散热性。
该问题由独立权利要求的主题解决。实施例由从属权利要求、以下描述和附图提供。
所描述的实施例类似地涉及EV充电连接器、EV充电连接器系统、方法和温度传感器的使用。协同效果可以由实施例的不同组合产生，尽管它们可能没有被详细描述。
此外，应当注意，关于方法的本发明的所有实施例可以以所述步骤的顺序来执行，然而这不必是该方法的步骤的唯一且基本的顺序。除非在下文中明确相反地提及，否则在不脱离相应方法实施例的情况下，本文呈现的方法可以所揭示步骤的另一次序实施。
技术术语按其常识使用。如果将特定含义传达给某些术语，则将在下文中在使用术语的上下文中给出术语的定义。
根据第一方面，提供了一种EV充电连接器，其包括接触元件，被动冷却装置和至少一个温度传感器。被动冷却装置在连接点处被附接到接触元件。接触元件和被动冷却装置形成热传导装置。该至少一个温度传感器被附接到该热传导装置上并且被配置成提供用于检测该热传导装置的热传导故障的温度数据。
接触元件可以包括用于一个或多个触点的隔室，所述一个或多个触点将承载来自充电站的充电电流的电缆与车辆入口的对应触点连接。接触元件可以被电连接到触点或绝缘。被动冷却装置可以连接到触点或接触元件或两者。实施例可以应用于接触元件以及触点。因此，在下文中，没有区分接触元件和触点。接触元件可以由金属制成。它代表连接器的热源。被动冷却装置被附接到该接触元件以接收热量。被动冷却元件例如可以是实心或中空的金属或陶瓷热导体。由于将产生的热量传导到冷却元件的接触元件也是热导体，因此接触元件与冷却元件一起在本公开中被称为热传导装置。EV连接器可以包括多于一个的被动冷却装置。
温度传感器可以在热传导装置的一个或几个不同位置或部分处被附接到热传导装置，以便检测热故障。由于热故障可以被认为是热量没有按预期从热源传导到被动冷却装置的冷却部分或冷却部分的多个部分。故障的原因例如可以是诸如机械连接断开的损坏。通过测量一个或多个位置处的温度，可以如下所述地检测故障。
所提出的连接器改善了普通连接器的质量和安全性，特别是对于被设计为在例如300A以上的高额定电流下操作的连接器。
根据一个实施例，被动冷却装置是热管，其包括附接到热管的翅片装置。
热管是非常有效的热导体。管被部分地填充有冷却剂，例如液体或水，该冷却剂在热源附近的部分，即接触件或接触元件中被蒸发。蒸发的冷却剂将热量传递到热管的散热部分，在这里冷却剂被冷凝。然后，冷却剂通过重力或通过管内的毛细结构(例如吸液芯或多孔结构)流回蒸发器部分。通过将翅片附接到管道可以实现有效的散热。备选地或附接地，可以使用主动冷却装置，例如冷却剂被泵送通过的冷却管路或风扇。翅片被认为是热管的一部分。一个或多个温度传感器可以被附接到翅片上。
根据一个实施例，该连接器被配置成如果检测到该热传导装置的热传导故障则提供较少的充电电流或不提供充电电流，其中当由温度传感器中的一个温度传感器提供的温度超过允许范围时确定该热传导故障。备选地或附接地，当温度传感器之间的温度差超过允许范围时，确定在至少两个温度传感器附接到热传导装置的情况下的故障。因此，该范围由预定阈值限定。
例如，如果热源变得过热，使得超过阈值，或者冷却装置变得不够热，使得未达到阈值，则可以确定故障。在第一种情况下的范围可以是“高于阈值”，而在第二种情况下是“低于阈值”。阈值可以是单个固定的预定值，或者它可以是预定曲线的值。该曲线可以是时间、充电电流量、环境温度和/或历史的函数。历史可以包括先前会话，或先前和当前充电会话之间的时间跨度。
在两个或更多个传感器的情况下，可以确定不同位置处的温度差并将其与阈值进行比较。这样，可以确定导热率或热耗散是否完整。
阈值可以通过校准来确定，即在定义的条件下确定。阈值可以取决于用于热管的材料和导热元件的形状因子、连接器类型、环境条件等。
根据一个实施例，所述至少一个温度传感器中的第一温度传感器被附接到所述热管。
由于热管的温度沿管几乎相等，因此传感器可以被附接在管的任何地方或管上的任何地方。该温度传感器可以传送用于与阈值进行比较的数据，或者它可以是基本传感器，提供与其它传感器的数据进行比较的温度，即用于计算其它位置处的传感器的温度差。
根据一个实施例，该至少一个温度传感器中的第二温度传感器被附接到该接触元件和/或该至少一个温度传感器中的第三温度传感器被附接到该翅片布置上。
因此，第二温度传感器提供用于检测热管与接触元件的连接的故障的温度，而第三温度传感器用于检测翅片与管的连接的故障。当然，可以组合这些信息，并且可以应用附加的传感器。例如，温度传感器可以被附接到每个翅片或每个第二翅片，或附接到可能发生损坏的其它位置处。
根据实施例，EV充电连接器还包括外部壳体和内部壳体。外部壳体代表用户的手柄并包括第一隔室。该内部壳体被布置在该第一隔室内部并且包括第二隔室。内部壳体被配置为将第二隔室从第一隔室密封。被动冷却装置从接触元件穿过第二隔室并经由密封开口延伸到第一隔室，使得被动冷却装置的冷凝器部分位于第一隔室中。接触元件被布置在第二隔室内。
因此，连接器可以具有两个壳体，它们是外部壳体和内部壳体。外部壳体形成用户的手柄。它包围第一隔室，该第一隔室形成具有充满空气的自由空间的空腔。被动冷却装置的一部分位于第一隔室中。该部分是将热量散发到空气中的散热部分。外部壳体不紧密，使得加热的空气可以泄漏到环境中，并且新鲜空气可以进入第一隔室，从而实现冷却。外部壳体还包围内部壳体。内部壳体是紧密的，使得没有空气和水可以进入。内部壳体包围具有自由空间的第二隔室。在第二隔室中，接触元件被布置成将承载来自充电站的充电电流的电缆与车辆入口的对应接触元件连接。该被动冷却装置从该接触元件延伸穿过该内部隔室的自由空间并且通过该内部壳体中的密封开口穿过该内部壳体，并且最终终止于该第一隔室中。以这种方式，热量从接触元件被传导到第一隔室，在第一隔室中热量被耗散并且能够逸出到环境中。
通过本发明，例如当一个温度传感器被连接到接触元件并且一个连接器被连接到第一隔室中的热管时，可以检测到热管到紧密且密封的第二隔室中的接触元件的断开连接，而无需打开和可能地破坏内部壳体。
根据第二方面，提供了一种包括如本文所述的EV充电连接器和控制单元的EV充电连接器系统。控制单元被配置为检测温度数据是否在允许的范围内，其中该范围由预定阈值限定。
也就是说，由充电站和连接器组成的系统具有优选地位于充电站中的控制单元。该控制单元接收来自这些温度传感器的温度数据，例如通过与从该连接器到该充电站的充电电缆平行延伸的电线，或无线地。备选地，控制单元分割成检测部分和控制部分，其中检测部分评估温度数据并且向站提供控制信号。然后，控制部分相应地控制充电电流。任何其它分割都是可能的。检测部分可以位于连接器中，并且控制部分可以位于充电站中。
根据一个实施例，该控制单元还可以被配置成如果该温度数据不在允许的范围内则停止该充电会话。
换言之，至少只要温度或温度差超过允许范围，充电电流就被设置为零。可以应用滞后，根据该滞后可以恢复充电。
根据一个实施例，该控制单元被进一步配置成如果该温度数据不在允许的范围内则不开始下一个充电会话。
检测到的故障可能如此严重，以至于另一个计费会话将是不安全的。该判定可以基于例如自开始充电以来的时间。检测到故障越快，即故障发生，则故障越严重。另一个标准可以是哪个温度传感器或温度传感器的组合已经用信号通知导致检测到故障的数据。
根据一个实施例，控制单元还被配置成施加较低的最大电流。
也就是，控制单元限制或减小充电电流。该限制可以是一般规则或可以取决于温度或温度差的量和/或梯度。
根据一个实施例，该控制单元进一步被配置成指示该连接器必须被替换。
故障可以被本地指示在连接器处、在站处或者可以通过有线或无线连接发送到例如服务器或另外的通信接收器。该指示可以更详细。例如，它可以指示故障严重性。该指示可以是声信号或光信号的形式，或者是显示器上的输出。
根据实施例，EV充电连接器系统包括EV充电站，并且控制单元位于充电站中。
根据另一方面，提供了一种EV充电站，其包括用于如本文所述的EV充电连接器系统的控制单元。
根据另一方面，提供了一种用于检测EV充电连接器中的热传导故障的方法。该方法包括提供用于检测如本文所述的热传导装置的热传导故障的温度数据的步骤。温度数据由连接到传导装置的传感器提供。该方法还可以包括计算温度差并对故障检测动作的步骤，其中通过将温度或温度差与阈值进行比较来执行故障检测，如上文和附图的描述中所述。该动作可以包括以下步骤中的一个或多个：减小充电电流、停止充电会话和/或指示故障或指示必须替换连接器。
根据另一方面，提供了将温度传感器用于检测热传导装置的热传导故障的用途。可以使用几个温度传感器来计算温度差。
参考附图和以下描述，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。
附图说明
图1示出了EV连接器的第一示例的图，
图2示出了EV连接器的第二示例的图，
图3示出了翅片布置的详细图，
图4示出了EV充电连接器系统。
图5示出了用于检测EV充电连接器中的热传导故障的方法的流程图。
具体实施方式
在所有附图中，相应的部件具有相同的附图标记。
图1示出了在高额定电流(即>300A)下操作的EV连接器100的第一示例的图。通过适当地确定充电电缆101的尺寸以及通过诸如热管106的被动冷却系统来实现这种额定值。EV充电连接器100包括外部壳体104、内部壳体103、接触元件102、被动冷却装置106和至少一个温度传感器131...133。外部壳体104代表用户的手柄并且包括第一隔室121。内部壳体103被设置在第一隔室内部并包括第二隔室。接触元件102被布置在第二隔室内。被动冷却装置106在连接点处被连接到接触元件102。被动冷却装置106从接触元件102穿过第二隔室并经由密封开口110延伸到第一隔室，使得被动冷却装置106的冷凝器部分109位于第一隔室中。接触元件102、被动冷却装置106和翅片装置108形成热传导装置。
温度传感器131、132和133被附接到接触元件102，热管106的冷凝器部分109和翅片装置108的翅片。优选地，就位的两个、三个或更多个温度传感器T1、T2、T3用于识别机械损伤。热管用作热通路，用于将热量从产生热量的位置(即触点或接触元件102)传递到冷凝器翅片108，并从那里传递到环境。
由于热管基本上提供了用于热传递的通路，热管两端的温度通常非常接近，具有非常低的热梯度。换句话说，T1 131和T2 132通常非常接近。该差值可以例如小于3℃－10℃。沿热管106的温度梯度与沿径向(即从翅片的中心到外部区域的方向)的温度梯度相比非常小。因此，如果由接触元件102处的传感器132(T2)和热管106的另一端处的传感器131(T1)测量温度，则差值必须低，通常在几开氏度的范围内。低差值表示良好的热接触。
如果温度梯度高并且触点或接触元件102与热管106的相对侧之间的温度测量值非常不同，则可以确定在连接点处存在机械完整性的损失。
类似地，当将温度传感器133(T3)附接到翅片上时，热管106与翅片108之间的热梯度必须较高，因为翅片内的热传递因较薄的几何形状而变差。因此，翅片108的末端接近环境温度，而热管106的末端接近接触元件106的温度。
可以将温度或者尤其是温度差与预定义的阈值进行比较。阈值的定义可以通过校准来获得，从而获得温度值或温度差的允许范围。
因此，提出了一种确定连接器的健康状况的装置和方法，该连接器利用诸如热管的被动冷却装置来散热。通过使用一个或优选地多于一个温度传感器来实现健康的确定：接触元件102上的一个传感器(T2)132和被动冷却装置106的相对侧上的一个传感器(T1)131或翅片108上的传感器(T3)133。
图2示出了EV连接器100的第二示例的图，其具有与图1中相同的元件，但是具有不同的设计。另外，示出了热管106和陶瓷套筒111的电接地112。可使用陶瓷套筒111以确保热传递并同时确保电绝缘。陶瓷套筒111可以被粘合到热管106的末端，并且组件可以被粘合到接触元件102上。应适当选择陶瓷套筒材料。诸如AlN或Al2O3的材料可以提供良好的电绝缘和良好的热传导。
图3示出了翅片装置108的详细图。热管106和冷凝器翅片108之间的连接对于保证适当的热交换是重要的。损坏或断开会导致系统故障。该连接可以例如通过将翅片直接钎焊到热管106上，或者通过将翅片108加工成块，从而形成在热管106上滑动的套筒来实现。冷凝器的翅片108可以制造成胶合、钎焊或焊接到热管106上的套筒。如果翅片108由具有高导热率的塑料材料制成，则沿翅片108的热梯度可以是陡峭的，而如果翅片108由Al或Cu制成，则沿翅片108的热梯度可以较低，然而，仍高于热管106内的热梯度。
图4示出了EV充电连接器系统400。系统400包括充电连接器100和具有控制单元402的充电站404，控制单元402在该示例中是通过评估从连接器100中的温度传感器接收的温度数据来检测故障的控制单元。
图5示出了用于检测EV充电连接器100中的热传导故障的方法500的流程图。在步骤502中，提供用于检测热传导装置的热传导故障的温度数据。在步骤504中，确定是否存在热传导故障。该确定是通过将由不同传感器测量的温度的温度差与阈值进行比较而完成。如果温度差在允许的范围内，则确定没有故障并且执行下一次测量。如果温度差超过允许范围，则确定故障。然后，在步骤506中，执行以下动作中的一个或多个：
(i)充电会话停止。
(ii)将不开始下一充电会话。
(iii)将施加较低的最大电流，例如300A，连接器将能够处理该电流而不需要通过热管排出热量。
(iv)指示需要替换连接器。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的若干项目或步骤的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
附图标记
100 EV充电连接器
101 充电电缆
102 接触元件
103 内部壳体
104 外部壳体
106 被动冷却装置/热管
107 蒸发器部
108 翅片装置
109 冷凝器部分
110 密封开口
111 陶瓷套筒
112 电接地
121 连接点/第一隔室
131 温度传感器T1
132 温度传感器T2
133 温度传感器T3
400 EV充电连接器系统
402 控制单元
404 充电站
500 用于检测EV充电连接器中的热传导故障的方法
502 方法步骤
504 方法步骤
506 方法步骤

Claims (15)

1.一种电动车辆EV充电连接器(100)，包括
接触元件(102)；
被动冷却装置(106)，所述被动冷却装置在连接点(121)处被附接到所述接触元件(102)；
其中所述接触元件(102)和所述被动冷却装置(106)形成热传导装置；以及
至少一个温度传感器(131、132、133)，被附接到所述热传导装置，其中所述至少一个温度传感器(131、132、133)被配置为提供温度数据，以用于检测所述热传导装置的热传导故障。
2.根据权利要求1所述的EV充电连接器(100)，其中所述被动冷却装置(106)是热管，所述热管具有蒸发器部分(107)和冷凝器部分(109)，并且其中，所述EV充电连接器(100)还包括翅片装置(108)，所述翅片装置(108)被附接到所述热管(106)的所述冷凝器部分(109)。
3.根据权利要求1或2所述的EV充电连接器(100)，其中所述连接器(100)被配置为：如果检测到所述热传导装置的热传导故障，则提供较少的充电电流或不提供充电电流，其中热传导故障在以下情形时被确定：
当由所述温度传感器(131、132、133)中的一个温度传感器提供的温度超过允许范围；和/或，
当在至少两个温度传感器(131、132、133)被附接到所述热传导装置的情况下，温度传感器之间的温度差超过允许范围；
其中所述范围由预定阈值限定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的EV充电连接器(100)，其中，
所述至少一个温度传感器中的第一温度传感器被附接到所述热管。
5.根据前述权利要求中任一项所述的EV充电连接器(100)，其中所述至少一个温度传感器中的第二温度传感器(132)被附接到所述接触元件(102)，和/或所述至少一个温度传感器中的第三温度传感器(133)被附接到所述翅片装置(108)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的EV充电连接器(100)，其中所述EV充电连接器还包括外部壳体(104)和内部壳体(103)，其中，
所述外部壳体(104)表示针对用户的手柄并且包括第一隔室；
所述内部壳体(103)被布置在所述第一隔室内部并且包括第二隔室；
所述内部壳体(103)被配置为将所述第二隔室从所述第一隔室密封；以及
所述被动冷却装置(106)穿过第二隔室并经由密封开口延伸到所述第一隔室，使得所述被动冷却装置(106)的冷凝器部分(109)位于所述第一隔室中。
7.一种EV充电连接器系统(400)，包括根据前述权利要求中任一项所述的EV充电连接器(100)，并且还包括控制单元(402)，所述控制单元(402)被配置为检测所述温度数据是否在允许范围内，其中所述范围由预定阈值限定。
8.根据权利要求7所述的EV充电连接器系统(400)，其中所述控制单元(402)还被配置为：如果所述温度数据不在允许范围内，则停止充电会话。
9.根据权利要求7或8所述的EV充电连接器系统(400)，其中所述控制单元(402)被配置为：如果所述温度数据不在允许范围内，则不开始下一充电会话。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的EV充电连接器系统(400)，其中所述控制单元(402)被配置为施加较低的最大电流。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的EV充电连接器系统，其中所述控制单元(402)被配置为指示所述EV充电连接器(100)必须被替换。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的EV充电连接器系统(400)，还包括EV充电站(404)，其中所述控制单元(402)位于EV充电站(404)中。
13.一种EV充电站(404)，包括用于根据权利要求7至12中任一项所述的EV充电连接器系统(400)的控制单元(402)。
14.一种用于检测根据权利要求1至6中任一项所述的EV充电连接器(100)中的热传导故障的方法(500)，包括以下步骤：
提供(502)用于检测所述热传导装置(106)的热传导故障的温度数据。
15.一种将温度传感器(131、132、133)用于检测根据权利要求1至7中任一项所述的热传导装置(106)的热传导故障的用途。
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