CN116710315A - 充电入口 - Google Patents

Abstract

一种用于将外部电源与电动车辆的电池系统互连以对所述电池系统充电的充电入口(1)。所述充电入口(1)通常包括适合于在充电期间接收兼容插头的插座(2)，其中所述插座(2)包括至少一个第一入口极(3)和至少一个第二入口极(4)，用于经由所述兼容插头连接到所述外部电源。通常第一导体(5)与所述第一入口极(3)电互连并且热互连，并且第二导体(6)与所述第二入口极(4)电互连并且热互连。冷却构件(7)可以与所述第一和所述第二导体(5、6)热互连以在充电期间为所述插座(2)和所述插头提供散热器。

Description

充电入口

技术领域

本公开内容涉及用于电动车辆的充电入口(charging inlet)的领域。

背景技术

为了对电动车辆的电池充电，需要将电池连接到外部电源。这通常可以经由充电入口来完成，如从现有技术已知的。

以IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr的名义、于2018年12月公开的DE102017113920A1涉及一种用于机械接触式充电端口的充电端口冷却器，所述充电端口具有来自充电插座(socket)并且通向充电端口冷却器的第一横截面的引入线并且被容纳在该充电端口冷却器的壳体中。它们直接地或间接地经由触点与来自充电端口冷却器的引出线电接触，所述引出线被引出该充电连接冷却器的壳体。所述引出线具有比引入线的第一横截面更小的第二横截面。此外，引出线和引入线的触点被电绝缘并且同时良好导热的材料围绕，并且壳体被设计成包围此材料。

以Ford Global Tech LLC的名义、于2019年8月公开的US10377264B2涉及一种车辆传导充电端口。该充电端口被配置为将来自外部源的充电电流传导地传递到车辆，用于对所述车辆的牵引电池充电。冷却系统被配置为根据充电端口的温度来冷却所述充电端口。所述冷却系统使用冷却剂或空气来冷却所述充电端口。

发明内容

当以越来越短的充电时间并且因此以更高的充电功率并且进而以更高的充电电流为目标时，如从现有技术已知的用于将外部电源连接到电动车辆的电池系统的充电入口面临数个问题。在外部电源的一侧，更经常使用冷却电缆，然而这对于冷却在车辆和电源之间传导必要电流的机械触点不再是足够的。

因此，本公开内容的第一方面涉及一种用于将外部电源与电动车辆的电池系统互连以对所述电池系统充电的充电入口。所述充电入口通常包括适合于在充电期间接纳兼容插头(plug)的插座。所述插头通常经由电缆与所述外部电源互连。所述插座通常包括至少一个第一入口极(inlet pole)和至少一个第二入口极，用于经由所述兼容插头连接到所述外部电源；然而，附加的入口极是可能的。特别是当经由所述入口极和所述插头的极之间的机械触点传输高电流时，可能生成热量。为了允许始终高的充电电流，应以高效的方式使该热量消散。根据公开内容的充电入口通常包括至少一个第一导体和至少一个第二导体，所述至少一个第一导体与所述第一入口极电互连并且热互连，所述至少一个第二导体与所述第二入口极电互连并且热互连。在充电期间，所述第一入口极和所述第二入口极通常在有限的时间段内与插头的相关联的极电互连并且热互连。

优选地，冷却构件与所述第一导体和所述第二导体热互连，以在充电期间为所述插座和所述插头提供散热器(heat sink)。这不仅允许消散在入口极处生成的热量，而且另外可以在充电期间向接纳在所述插座中的所述插头的极提供冷却。在所述插座包括多于两个入口极的情况下，它们也可以与冷却构件热互连。所述插座优选地被形成为符合用于电动车辆的传导充电的标准，诸如国际标准IEC 62196。所述插座在所述充电入口的一些变体中被实施为“组合充电系统”(CCS)类型2插座。

本文所描述的充电入口适合于所有类型的电动车辆，然而其特别适合于电动卡车。电动卡车——特别是包括两个或更多个电池组的电动卡车——通常具有比例如客车更大的电池容量，并且因此在充电期间需要尤其高的电流以实现短充电时间。

根据应用的领域，所述第一导体和所述第二导体分别通过第一电缆连接和第二电缆连接与所述电池系统互连，所述第一电缆连接和第二电缆连接优选地具有比相应的第一导体和第二导体的横截面面积更大的横截面面积。更大的横截面面积通常降低导体的电阻，并且因此降低在传导电流——特别是高电流——时生成的热量。结果，所需的冷却性能通过所述第一电缆连接和所述第二电缆连接的更大的横截面面积而被降低。

为了优化所述插座与所述电池系统的电耦合和解耦，每个电缆连接分别通过继电器——特别是第一继电器和第二继电器——与相应的导体互连。所述第一继电器和第二继电器可以将相应的导体与相应的电缆连接耦合或解耦。通常当没有对所述电池系统的充电正在进行时，所述插座与所述电池系统解耦。这增加了所述入口的安全性，因为当没有插头连接到所述插座时，所述入口极可以基本上无电压。

为了实现免受环境影响的良好保护，所述插座、所述冷却构件以及所述第一导体和第二导体优选地被布置在壳体中。所述壳体可以是基本上盒形的；然而，其它形状是可能的。为了增加热量消散，所述壳体可以至少部分地由诸如金属的热传导材料制成，然而其它材料是可想到的。所述壳体优选地被布置在所述电动车辆上。所述插座可以是至少临时地经由所述壳体中的进入通道从所述车辆的外部可进入的。

所述继电器中的至少一个被冷却，特别是所述第一继电器和所述第二继电器分别被冷却。在一个变体中，所述继电器与所述壳体热互连。替代地或附加地，所述继电器中的至少一个优选地以热传导方式与所述冷却构件互连。

根据应用的领域，所述电缆连接中的至少一个通过片材金属与相应的继电器互连。所述片材金属优选地具有比相应的第一导体和第二导体的横截面面积更大的横截面面积。特别地，汇流条(busbar，母线)可以将所述电缆连接与相应的继电器互连。所述第一导体和所述第二导体可以被形成为圆形电缆或传导片材金属，然而其它导体形状是可想到的。

为了容易安装所述充电入口，每个电缆连接优选地通过至少一个连接器与相应的继电器互连，特别是至少一个连接器将相应的电缆连接连接到相应的片材金属。如果合适，所述连接器被形成为快速连接器，例如被形成为卡口(bayonet)类型连接器或闩锁类型连接器。优选地，两个连接器与相应的继电器互连，特别是经由相应的片材金属。根据构造，每个电缆连接可以包括至少两个基本上平行的电缆。所述电缆可以连接到连接器，并且通过其电连接到继电器，特别是经由相应的片材金属。

尽管被热互连，但是所述冷却构件优选地与所述第一导体和所述第二导体电隔离。这在所述第一导体和所述第二导体至少部分地被绝缘材料(诸如塑料护套)围住时是可能的。在一个优选的变体中，当导体中的至少一个通过热传导膏状材料——特别是热传导并且电绝缘的材料——与所述冷却构件热互连时，这被实现。这确保了热量从至少一个导体到所述热构件的良好传递，因为基本上无(空气)间隙的热互连是可能的。

为了提供高效的冷却，所述冷却构件优选地包括至少一个冷却通道。替代地或附加地，所述热构件可以包括用于被动热量消散的至少一个冷却片。根据设计，所述热构件可以被形成为一个单独的部分或可以被包含到所述壳体中。如果合适，所述热构件被附接到所述壳体的内部。在一些变体中，所述冷却通道在所述热构件内形成闭环；然而，在一个优选的变体中，所述冷却通道与冷却回路互连，例如经由冷却通道连接器。所述冷却通道可以包括至少一个曲折转弯(meandering turn)，特别是两个或三个转弯。所述至少一个曲折转弯优选地被布置成靠近所述第一导体和/或所述第二导体。

在一些变体中，所述热构件包括主体，该主体特别是至少部分地由热传导材料制成。所述主体可以包括凹槽(groove)和盖，其中所述盖被附接到所述主体、与所述凹槽重叠，使得它们一起至少部分地形成所述冷却通道。替代地或附加地，所述冷却通道可以至少部分地由至少部分地容纳在所述主体的凹槽中的管形成。根据实施方式，所述主体可以包括至少一个凹处(recess)，用于以热互连的方式容纳所述继电器中的至少一个。替代地或附加地，所述主体可以包括用于容纳所述第一导体和/或所述第二导体的至少一个凹陷(indentation)。

为了监测所述充电入口，特别是监测温度，至少一个热传感器可以与所述导体中的至少一个热互连。所述热传感器优选地被布置连接到所述第一导体或所述第二导体的继电器中的一个。当控制单元与所述继电器中的至少一个互连用于控制和或监测所述继电器时，良好的结果是可能的。特别地，所述控制单元被配置为切换所述继电器，使得当没有充电正在进行时，所述插座与电池系统解耦。根据设计，所述控制单元被配置为与车辆控制单元或电池管理单元通信，特别是经由CAN总线(控制器局域网)连接。为了增加安全性，所述控制单元可以被配置为通过切换所述继电器中的至少一个来将所述电池系统与所述插座解耦。优选地，所述控制单元被配置为：从所述至少一个热传感器接收热数据，并且当检测到违反用于基于所接收的温度数据的温度的可定义的阈值时，切换所述继电器中的至少一个。

为了保护所述插座并且特别是为了保护所述入口极免受环境状况影响，所述壳体可以包括插座盖，该插座盖被布置在所述插座与所述壳体的外部之间、可滑动地抵抗弹簧的力，使得当没有插头被接纳在所述插座中时，所述插座被覆盖。所述插座盖可以从覆盖位置滑动到打开位置，以允许进入所述插座。所述插座盖可以被形成为金属板等。如之前所描述的，所述控制单元优选地被布置在所述壳体内部；然而，所述控制单元可以被包含到车辆控制单元或电池管理单元内。

应理解，前面的一般描述和下面的详细描述都呈现了实施方案，并且意在提供用于理解公开内容的性质和特征的概况或框架。附图被包括以提供进一步理解，并且被包含到本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图例示了多个实施方案，并且与说明书一起用以解释所公开的构思的原理和操作。

附图说明

根据本文在下文给出的详细描述和附图将更充分地理解本文所描述的公开内容，所述附图不应被认为对所附权利要求中所描述的公开内容进行限制。附图示出：

图1示出了根据公开内容的充电入口的第一变体；

图2从向下的视角以部分拆卸和分解视图示出了图1的充电入口的第一变体；以及

图3从向上的视角以部分拆卸和分解视图示出了图1的充电入口的第一变体。

具体实施方式

现在将详细参考某些实施方案，所述实施方案的实施例被例示在附图中，在附图中示出了一些但不是全部特征。实际上，本文所公开的实施方案可以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方案；更确切地说，这些实施方案被提供使得本公开内容将满足适用的法律要求。只要可能，相同的参考数字将被用来指代相同的部件或部分。

图1示出了充电入口1的第一变体。图2和图3从两个不同视角以部分拆卸和分解视图示出了图1的第一变体。

如图1中的第一变体中所示出的，充电入口1可以被用于将外部电源与电动车辆的电池系统互连以对所述电池系统充电。充电入口1通常包括适合于在充电期间接纳兼容插头(未示出)的插座2。该第一变体的插座2包括至少一个第一入口极3和至少一个第二入口极4，用于经由插头连接到外部电源。如在图2中最佳可见的，充电入口1通常包括至少一个第一导体5和至少一个第二导体6，该至少一个第一导体5与第一入口极3电互连并且热互连，该至少一个第二导体6与第二入口极4电互连并且热互连。以此方式，热量可以借助于第一导体5和第二导体6被传输离开入口极3、4以及至少在充电期间与其互连的插头。

为了实现良好的冷却，冷却构件7与第一导体5和第二导体6热互连，以在充电期间为插座2和插头提供散热器。所示出的变体的冷却构件7包括至少一个冷却通道14，以允许主动并且因此高效的冷却。如在图3中最佳可见的，冷却通道14通常与冷却回路(未示出)互连，特别是经由冷却通道连接器23。冷却通道连接器23特别是属于快速耦合类型。

如在图2和图3中所示出的，冷却构件7可以包括主体20，该主体具有用于容纳第一导体5和/或第二导体6的凹陷。凹陷优选地基本上以第一导体5和/或第二导体6的形式被成形。主体20可以包括凹槽21和盖22，其中盖22被附接到主体20、与凹槽21重叠，使得它们一起至少部分地形成冷却通道14。冷却通道14包括用于增加热量消散的至少一个曲折转弯。在第一变体中，所述至少一个曲折转弯被布置成靠近第一导体5和第二导体6。在所示出的变体中，冷却通道14包括靠近第一导体5和第二导体6的三个曲折转弯。

如在图2中最佳可见的，第一导体5和第二导体6分别通过第一电缆连接8和第二电缆连接9与电池系统(未示出)互连，第一电缆连接8和第二电缆连接9各自具有比相应的第一导体5和第二导体6的横截面面积更大的横截面面积。这允许省略对第一电缆连接8和第二电缆连接9的主动冷却，因为它们的表面面积足以消散在充电期间生成的热量。第一电缆连接8和第二电缆连接9的相应的横截面面积特别地可以是相应的第一导体5和第二导体6的横截面面积的大约两倍。

在所示出的变体中，第一继电器10插置在第一导体5和第一电缆连接8之间。如在图2中所示出的，第二继电器11插置在第二导体6和第二电缆连接9之间。电缆连接8、9中的至少一个通过片材金属12与相应的继电器10、11互连。如在图2中可见的，电缆连接8、9中的每个通过片材金属12——特别是汇流条——与相应的继电器10、11互连。片材金属12各自与冷却构件7热互连。每个电缆连接8、9可以通过至少一个连接器13与相应的继电器10、11互连，特别是至少一个快速连接器13将相应的电缆连接8、9连接到相应的片材金属12。在所示出的变体中，两个连接器13与相应的片材金属12互连。每个电缆连接8、9可以包括可连接到电缆连接8、9的相应的两个连接器13的两个基本上平行的电缆(未示出)。

根据实施方式，主体20包括至少一个凹处，用于以热互连的方式容纳继电器10、11中的至少一个。在图3中可见的是主体20的两个基本上圆柱形的凹处以容纳第一继电器10和第二继电器11。优选地，冷却构件7与第一导体5和第二导体6电隔离。在所示出的第一变体中，导体5、6通过热传导膏状材料——特别是热传导并且电绝缘的材料——与冷却构件7热互连。为了良好的热互连，主体20优选地包括至少一个凹槽状凹陷，用于在其中容纳第一导体5和第二导体6中的至少一个。通常，主体20包括每个导体5、6的一个凹槽状凹陷。

插座2、冷却构件7和导体5、6优选地被布置在壳体18中，如在图1中所示出的。第一变体的壳体18是基本上盒形的并且至少部分地由金属制成，以允许经由外表面的附加的热量消散。

如在图2中所指示的，至少一个热传感器15通常与导体5、6中的至少一个热互连。在第一变体中，至少一个热传感器15被包含到第一继电器10和/或第二继电器11内。控制单元16通常与继电器10、11中的至少一个互连，用于控制和或监测继电器。如在图1中所示出的，控制单元16优选地被布置在壳体5中。在第一变体中，控制单元16经由CAN总线连接与车辆控制单元(未示出)互连。

更确切地说，说明书中所使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应理解，在不脱离公开内容的范围的情况下，可以进行各种改变。

名称列表

1充电入口

2插座

3第一入口极

4第二入口极

5第一导体

6第二导体

7冷却构件

8第一电缆连接

9第二电缆连接

10第一继电器

11第二继电器

12片材金属

13连接器(电缆连接)14冷却通道

15热传感器

16控制单元

18壳体

19插座盖20主体(冷却构件)21凹槽(冷却构件)22盖(冷却构件)

23冷却通道连接器

Claims (15)

1.一种用于将外部电源与电动车辆的电池系统互连以对所述电池系统充电的充电入口(1)，所述充电入口(1)包括：

a.插座(2)，其适合于在充电期间接收兼容插头，其中所述插座(2)包括至少一个第一入口极(3)和至少一个第二入口极(4)，用于经由所述兼容插头连接到所述外部电源；

b.第一导体(5)和第二导体(6)，所述第一导体(5)与所述第一入口极(3)电互连并且热互连，所述第二导体(6)与所述第二入口极(4)电互连并且热互连；

c.冷却构件(7)，其与所述第一和所述第二导体(5、6)热互连，以在充电期间为所述插座(2)和所述插头提供散热器。

2.根据权利要求1所述的充电入口(1)，其中所述第一和所述第二导体(5、6)分别通过第一和第二电缆连接(8、9)与所述电池系统互连，所述第一和第二电缆连接(8、9)具有比相应的第一和第二导体的横截面面积更大的横截面面积。

3.根据权利要求2所述的充电入口(1)，其中每个电缆连接(8、9)分别通过第一或第二继电器(10、11)与相应的导体(5、6)互连。

4.根据权利要求3所述的充电入口(1)，其中所述继电器(10、11)中的至少一个被冷却。

5.根据权利要求3或4所述的充电入口(1)，其中所述继电器(10、11)中的至少一个与所述冷却构件(7)热互连。

6.根据权利要求2至5中的至少一项所述的充电入口(1)，其中所述电缆连接(8、9)中的至少一个通过片材金属(12)与相应的继电器(10、11)互连。

7.根据权利要求6所述的充电入口(1)，其中每个电缆连接(8、9)通过至少一个连接器(13)与相应的继电器(10、11)互连，特别地至少一个快速连接器(13)将相应的电缆连接(8、9)连接到相应的片材金属(12)。

8.根据前述权利要求中的至少一项所述的充电入口(1)，其中所述冷却构件(7)与所述第一和所述第二导体(5、6)电隔离。

9.根据前述权利要求中的至少一项所述的充电入口(1)，其中所述冷却构件(7)包括至少一个冷却通道(13)。

10.根据前述权利要求中的至少一项所述的充电入口(1)，其中至少一个热传感器(15)与所述导体(5、6)中的至少一个热互连，优选地所述热传感器(15)被布置所述继电器(10、11)中的一个。

11.根据前述权利要求中的至少一项所述的充电入口(1)，其中控制单元(16)与所述继电器(10、11)中的至少一个互连，用于控制和或监测所述继电器(10、11)。

12.根据权利要求2至11中的至少一项所述的充电入口(1)，其中每个电缆连接(8、9)包括至少两个基本上平行的电缆。

13.根据前述权利要求中的至少一项所述的充电入口(1)，其中所述导体(5、6)中的至少一个通过热传导膏状材料与所述冷却构件(7)热互连，所述热传导膏状材料特别是热传导并且电绝缘的材料。

14.根据前述权利要求中的至少一项所述的充电入口(1)，其中所述插座(2)、所述冷却构件(7)和导体(5、6)被布置在壳体(18)中。

15.根据权利要求14所述的充电入口(1)，其中所述壳体(18)包括插座盖(19)，所述插座盖被布置在所述插座(2)与所述壳体(18)的外部之间、可滑动地抵抗弹簧的力，使得当没有插头被接纳在所述插座(2)中时，所述插座(2)被覆盖。