CN207977135U - 用于传递电流的线缆 - Google Patents

Abstract

一种用于传递电流的线缆(3)，其具有：纵向上沿延伸方向(L)延伸的线缆外皮(30)，其围绕构成外皮内腔(300)；和至少一个在外皮内腔(300)中纵向延伸的、用于传导电流的电缆芯线(31‑33)。此外，设置有至少一个在外皮内腔(300)中延伸的热敏导线(36)，其具有多个通过热敏导线(36)的导线区段(361)彼此相连的、沿长度延伸方向(L)彼此间隔的、用于捕捉线缆(3)上温度变化的热敏元件(360)。以此种方式提供用于传递电流的线缆，其以简单并低成本的方式实现具有简单构造的、可靠的温度监测。

Description

用于传递电流的线缆

技术领域

本实用新型涉及一种根据本实用新型所述的用于传递电流的线缆。

背景技术

此种线缆具有：纵向沿延伸方向延伸的线缆外皮(也称为线缆套管)，其围起外皮内腔；和至少一个在外皮内腔内纵向延伸的、用于传导电流的电缆芯线。

此种线缆尤其可用作用于为电驱动汽车(也称为电动汽车)充电的充电线缆。在此种情况下，线缆可例如一侧连接在充电站上，另一侧具有呈充电插头形式的连接器部件，其能够插入汽车上呈充电插座形式的、对应的相对连接器部件，从而以此种方式建立充电站和汽车之间的电气连接。

充电电流可作为直流电流或作为交流电流传递，其中，尤其是呈直流电流形式的充电电流具有大的、例如大于100A或甚至大于 200A的电流强度，并可能导致线缆以及与线缆相连的连接器部件升温。

由DE 10 2010 007 975 B4已知的充电线缆具有冷却管路，其包含用于冷却剂的去向管路和返回管路，并因此实现了充电线缆中往返方向的冷却剂流动。在此，DE 10 2010007 975 B4中的冷却管路一方面用于导出在汽车蓄电池处产生的损耗热量，但此外也用于冷却线缆本身。

充电线缆以及例如与充电线缆相连的、用于为电动汽车充电的充电插头如此设计，使其可传递大的充电电流。因为热损功率随充电电流的升高指数增长，所以，在此种充电系统中需要提供温度监测，从而尽早识别例如充电插头或充电插座的元件上的过热现象，并在必要时引起充电电流的改变或甚至切断充电装置。

在由EP 2 605 339 A1已知的充电插头中，在处于接触插头的接触件之间大约中间位置的绝缘体上布置有温度传感器。借助温度传感器可以识别在接触件上是否有某处可能温升过度，从而在必要时引发中断充电过程。

在由GB 2 489 988 A已知的充电插头中设置有多个温度传感器，其通过导线传送温度数据。根据在温度传感器处获取的温度处于哪个温度区间中，完成对充电过程的调节。

由US 6,210,036已知一种连接器，其特征在于，多个热敏元件通过单芯导线彼此串联。热敏元件布置在绝缘体上并在预先设定的温度下具有显著的电阻变化，此电阻变化大到使连接在导线上的控制电路能够捕捉此变化，并且能够调节、必要时切断通过充电插头的电流。

由US 8,325,364已知一种插头，其特征在于，为单个触点配有热敏电阻，其彼此并联并在超过极限温度时导电地接通闸流管，以通过此种方式切断流过触点的电流。

在由现有技术中已知的充电系统中实现了尤其对充电插头区域的温度监测，其特征在于，可以例如在绝缘体中嵌入热敏元件，从而通过热敏元件捕捉充电插头的接触件上的温升。

需要一种充电系统上的温度测量装置，其可以简单并低成本地构造，并实现具有快速响应行为的、(也)对线缆的温度监测。在此，也希望此种温度测量装置能够简单地评估信号，从而以低成本却可靠的方式识别充电系统元件上的过热现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于传递电流的线缆，其以简单并低成本的方式实现可靠的温度监测。

此目的通过具有权利要求1中特征的主体实现。

根据权利要求1，线缆具有至少一个在外皮内腔中延伸的热敏导线，其具有多个借助热敏导线的导线区段彼此相连的、沿长度延伸方向彼此间隔的、用于捕捉线缆上温度变化的热敏元件。

因此，线缆具有至少一个设置在外皮内腔中的热敏导线。此热敏导线通过多个借助导线区段彼此相连的热敏元件构成。热敏元件以此方式设计，使其能够记录和捕捉温度变化，从而通过热敏元件可以获得线缆上(不允许的)温度变化。

热敏元件可例如构造为被动电气元件，其中，温度变化引起至少一个电气参数的变化。通过适合的评估装置可以捕捉并评估参数的变化，从而确定线缆上是否出现不允许的温度变化，从而在必要时可以调节或甚至切断流过线缆电缆芯线的电流。

热敏元件彼此间隔地布置在线缆外皮中。因此，通过热敏元件可以捕捉在线缆中不同位置的温度变化，其中，优选使热敏导线沿线缆的整个长度范围延伸，从而能够沿整个线缆长度进行温度监测。

借助此种热敏导线可以尽早捕捉线缆上不允许的温升，从而能够避免线缆上过度的温升，其否则可能构成伤害用户的风险。

热敏元件有利地通过热敏导线的导线区段彼此串联。通过共同的热敏导线连接热敏元件使得借助热敏元件获得的测量信号可以共同评估。基于此存在此种认识，即，为了监测温度通常不需要单独获取并评估在线缆不同位置的温度，而仅需要确定是否在某个位置出现过热，例如超过极限温度。因此，通过共同的热敏导线能够获得并评估信息，在某个热敏元件处(或在多个热敏元件处)是否出现了线缆之内或之上至少一个位置上的(不允许的)温度上升，接着-无论具体在哪个位置出现过热–可以引发合适的应对措施，例如可以调节或切断充电电流。

通过共同的热敏导线串联热敏元件还有其他优势，即，减少了连接费用。此种热敏元件的串联布置可借助热敏导线以简单的方式连接到对应的评估装置上，从而在评估装置中评估通过热敏导线获得的测量值。

热敏元件可例如构造为温度相关的电阻。在热敏元件中可例如涉及具有正温度系数的电阻(所谓的PTC电阻)，其阻值随温度的升高而上升(也成为冷导体，其在低温下具有良好的导电性能并且在温度升高时导电能力下降)。

在具体的设计方案中，构造为温度相关的电阻的热敏元件可具有例如非线性的温度特性曲线。此种温度相关的电阻可例如由陶瓷材料制成(所谓的陶瓷冷导体)并在材料特定的温度下具有显著的电阻增大。如果超过材料特定的温度，那么，热敏元件处的电阻以非线性的方式剧烈增长，这可识别并相应地评估为超过了极限温度。

所以，在热敏元件串联的情况下，在热敏元件的阻值升高时，热敏导线中的总电阻上升，这可相应地通过评估装置评估。在极限温度下出现(剧烈的)阻值升高现象，在此，此极限温度可根据温度相关的电阻材料以希望的方式设定。

原则上，也可使用具有负温度系数的电气电阻(所谓的NTC电阻)，其阻值随温度的上升而下降。此种电阻可例如通过导线区段彼此并联，从而可以再通过共同的热敏导线完成评估。

为了评估，可以通过评估装置向热敏导线例如传导恒定的电流，以获得并评估其引起的热敏导线中的电压降。如果热敏导线中的阻值上升，那么在恒定电流下的热敏导线中的电压降升高，那么，这可评估以用于识别线缆中(至少)一处的过热现象。

在低成本的变体中，热敏导线也可为分压器的一部分。在此种情况下，温度变化不仅引起电流的变化，而且引起通过具有设置在其中的热敏元件的导线的电压降的变化。

评估装置连接在热敏导线上并用于评估借助热敏导线获得的测量信号。评估装置可例如布置在充电站中，线缆连接在此充电站上。

评估装置一般可构造得根据测量信号识别出线缆至少一处位置超出极限温度。这实现了简单的、可靠的、不需要高费用的评估。

例如，如果识别到线缆之内或之上一个或多个热敏元件处超过了极限温度(这可根据超出在热敏导线上预先设定的极限电阻识别)，则立刻切断流过线缆的电流，尤其是充电电流。

当线缆作为充电线缆使用时，例如布置在充电站中的评估装置可例如与热敏导线的第一端点和第二端点电气连接。因此，评估装置能够例如根据热敏导线上的电压和/或电流变化评估热敏导线的总电阻，从而能够根据总电阻的变化判断线缆上(不允许的)温度变化。如果热敏元件例如构造为具有非线性特性曲线的温度相关的电阻，那么，此电阻可在允许的温度范围内具有相对较小的电气电阻，从而，热敏导线的总电阻也相对较小。如果至少一个热敏元件处的温度上升超过预先设定的极限温度，那么，热敏元件的电阻非线性地、数量级式地增长，从而，热敏导线的总电阻基本由升高到不允许的温度位置的热敏元件的电气电阻决定。根据由此升高的热敏导线的总电阻可以判断在线缆之内或之上至少一处的不允许的温度变化。尽管在此方法中无法定位线缆上的温度升高。但对于必要时促发对充电电流的调节或甚至切断充电电流的目的来说，定位也不是必要的。

此处，在正常、允许温度范围内的热敏导线的总电阻小于在不允许的温度变化的情况下、并因此至少一个热敏元件上的电阻剧烈增加的情况下的总电阻。这保证了，通过至少一个热敏元件上的电阻变化可以可靠地判断线缆上至少一处的温度升高。

热敏导线优选以此种方式设置在外皮内腔中，使其沿电缆芯线延伸，通过此电缆芯线在线缆运行时传导负载电流。在此，热敏导线优选至少区段地与一个或多个电缆芯线接触，从而，通过热敏元件可以获得直接在作为负载导线的电缆芯线上的温度。

线缆可优选通过在外皮内腔内延伸的冷却管路冷却，从而提供线缆上的主动冷却。冷却管路可例如贯流液态或气态的流体(例如水或空气)，从而可以通过冷却管路从线缆中运走热量。

在例如构造为用于为电动汽车充电的充电系统的充电线缆的线缆上，可例如连接有呈充电插头形式的连接器部件。通过热敏导线原则上也可实现对连接器部件上的温度的识别，其中，为此可例如在连接器部件的连接件上布置热敏元件并与沿着线缆的其他热敏元件串联。

在此情况下，通过设置在线缆中的冷却管路也可提供对连接器部件的冷却。

附图说明

下面根据附图中所示的实施例进一步阐释基于本发明的构思。

其中示出了：

图1以示意性的视图示出了具有充电线缆和用于充电的充电站的电动汽车；

图2示出了具有导入其中的电缆芯线和热敏导线的线缆的视图；

图3示出了线缆的剖视图；

图4示出了线缆示意性的纵视图；并且

图5示出了具有正温度系数的电气电阻的示例性的、非线性的温度特性曲线。

附图标记说明

1 汽车

10 充电插座

2 充电站

20 充电插座

3 充电线缆

30 线缆外皮

300 外皮内腔

301 层

31 负载导线

32 信号导线

33、34 冷却管路

35 填充件

36 热敏导线

360 热敏元件

361 导线区段

362、363 端点

4 连接器部件

5 评估装置

L 长度延伸方向。

具体实施方式

图1以示意性的视图示出了呈电机驱动的汽车(下文称为电动汽车)形式的汽车1。电动汽车1具有可充电的电池，借助此电池可为用于使汽车1移动的电机供电。

为了为汽车1的电池充电，可以使汽车1通过充电线缆3连接到充电站2上。此处，充电线缆3可借助在一个末端的连接器部件4 插入对应的汽车1的充电插座10中，并在其另一末端与充电站2上适合的充电插座20电气连接。通过充电线缆3将具有相对较大电流强度的电流传递到汽车1。

充电线缆3的一实施例的视图由图2和3示出。充电线缆3沿长度延伸方向L延伸，但在此，充电线缆弯曲并具有(柔软的、可弯曲的)呈柱状的基本形状的线缆外皮30，在其中构成外皮内腔300，在此外皮内腔中设有用于传输充电电流的电缆芯线31和用于传递电信号的信号导线32。

此外，在外皮内腔300中延伸有冷却管路33、34，在其中冷却剂在线缆外皮30内沿往返方向传输，从而在线缆3上、必要时也在与线缆3相连的连接器部件4上实现冷却。

(尤其是具有导热能力的)环绕在线缆外皮30内侧上的(例如呈薄膜或编制层形式的)层301使电缆芯线31以及信号导线32对外电屏蔽。此外，设置有(由不导电的材料制成的)填充件35，除了电缆芯线31、信号导线32和冷却管路33、34以外，填充件35也填充外皮内腔300，从而使得线缆3获得具有圆形截面的(图3)、至少大概为柱状的基本形状。

此外，在线缆3中延伸有热敏导线36，其沿线缆3的长度延伸方向L设置在外皮内腔300中的电缆芯线31之间。热敏导线36具有多个沿线缆3的长度延伸方向L彼此间隔的热敏元件360，通过热敏元件可以识别并评估线缆3上的温度变化，从而在必要时调节或甚至切断通过电缆芯线31传递的负载电流。

热敏导线36的热敏元件360借助导线区段361彼此串联并且，如图4中所示，连接在评估装置5上。评估装置5可例如集成在充电站2中，在此，热敏导线36的远离评估装置5的端点362通过其中一个信号导线32与评估装置5相连，热敏导线36的另一个朝向充电站2的端点363也连接在评估装置5上。

评估装置5例如构造得将恒定电流输入热敏导线36中并评估引起的电压降。如果在恒定电流情况下电压降升高，那么，这意味着在热敏导线36中存在电阻升高的现象并因此意味着在一个或多个热敏元件360上存在电阻变化。

热敏元件360可例如构造为具有正温度系数的温度相关的电阻，并可例如具有非线性的特性曲线，如图5中图示的那样。温度相关的电阻360可例如由陶瓷材料制成，其在材料特定温度下具有显著的、非线性的电阻提升。因此，通过选择合适的材料可以设定极限温度，在超过极限温度时引起(巨大的)电阻变化，此电阻变化可通过评估装置5检测。如果检测到热敏导线36中相应的电阻升高，那么，确定线缆3上至少一处过热，并引起合适的应对措施，例如调节充电电流或切断充电电流。

图5示出了实现热敏元件360的温度相关的电阻示例性的非线性温度特性曲线。电阻的阻值R与温度T相关，其中，在额定温度 T_N以下显示出相对较小的、在起始电阻R_A和额定电阻R_E之间区域的阻值(例如小于100Ohm)。从起始温度T_A开始，在温度上升时，阻值非线性地增高，其中，高于额定温度T_N时，电阻剧烈增加直到在温度T_E下达到终止电阻R_E(例如大于10kOhm)。在温度T_E以上，阻值只继续缓慢地增长。

根据额定温度T_N和额定电阻R_N以及终止温度T_E和终止电阻R_E可设定用于实现合适的热敏元件360的电阻的工作区间，并尤其可确定允许的温度的极限值，其中为此，例如可选择合适的电阻材料，例如陶瓷材料，其在期望的温度下具有剧烈的、非线性的电阻增加。在额定温度T_N以下的允许的温度范围内，热敏导线36的总电阻相对较小，并由彼此串联的热敏元件360的阻值之和构成。但是，如果在热敏元件360区域内的至少一处温度升高到超过额定温度T_N的不允许的程度，那么热敏导线36的总电阻也上升，这能够在评估装置5上评估并且识别。

热敏导线36可简单地构造并简单地实现。此外，借助评估装置 5的评估简单且可靠，并且此外实现了快速的响应行为，因为在线缆 3内的温度变化可以直接并无时间延迟地借助热敏元件360获取。

在此，热敏导线36延伸贯穿线缆3的总长度，因此可以实现在线缆3总长度范围内的温度监测。此处，通过单个的、彼此分散布置的热敏元件360完成逐点的温度监测，因此可以在线缆3的仅一处超过允许的温度时就引发合适的应对措施。

热敏导线36在线缆外皮30中的实现负载导线的电缆芯线31之间延伸，并优选借助其热敏元件360与一个或多个电缆芯线31直接接触。为此，热敏元件360也可以固定在一个或多个电缆芯线31上，例如与电缆芯线31粘接。

基于本发明的构思不限于前述实施例，而原则上也可以通过完全不同的方法实现。

特别地，在此描述类型的导线不止可以在用于为汽车充电的充电装置上使用，而也可以用于其他装置中来制造电气连接。

Claims (10)

1.用于传递电流的线缆(3)，具有

-纵向沿延伸方向(L)延伸的线缆外皮(30)，此线缆外皮围绕构成外皮内腔(300)，和

-至少一个在外皮内腔(300)中纵向延伸的、用于传导电流的电缆芯线(31-33)，

其特征在于，

至少一个在外皮内腔(300)中延伸的热敏导线(36)，此热敏导线具有多个通过热敏导线(36)的导线区段(361)彼此相连的、沿长度延伸方向(L)彼此间隔的、用于捕捉线缆(3)上温度变化的热敏元件(360)。

2.根据权利要求1所述的线缆(3)，其特征在于，所述热敏元件(360)通过所述热敏导线(36)的导线区段(361)彼此串联。

3.根据权利要求1或2所述的线缆(3)，其特征在于，所述热敏元件(360)构造为温度相关的电阻。

4.根据权利要求3所述的线缆(3)，其特征在于，每个所述热敏元件(360)的电气电阻随温度的上升而升高。

5.根据权利要求1所述的线缆(3)，其特征在于，所述热敏元件(360)具有非线性的温度特性曲线。

6.根据权利要求1所述的线缆(3)，其特征在于，评估装置(5)，所述热敏导线(36)连接到此评估装置上，并且此评估装置构造用于评估通过所述热敏导线(36)获得的测量信号。

7.根据权利要求6所述的线缆(3)，其特征在于，所述评估装置(5)构造用于根据测量信号识别线缆(3)上超过极限温度的情况。

8.根据权利要求6或7所述的线缆(3)，其特征在于，所述评估装置(5)与所述热敏导线(36)的第一端点(362)和第二端点(363)电相连，并构造得用于根据所述热敏导线(36)的电气电阻变化判断所述线缆(3)上的温度变化。

9.根据权利要求3所述的线缆(3)，其特征在于，所述热敏导线(36)沿外皮内腔(300)中的至少一个所述电缆芯线(31)设置并至少区段式地接触至少一个所述电缆芯线(31)。

10.根据权利要求3所述的线缆(3)，其特征在于，所述线缆(3)具有至少一个在所述外皮内腔(300)中延伸的、用于输送用于冷却所述线缆(3)或与所述线缆(3)相连的连接器部分(4)的冷却剂的冷却管路(33、34)。