DE102015004313A1 - Plug, in particular with a vehicle charging cable of an electric or hybrid vehicle - Google Patents
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- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
Abstract
Bei einem Stecker (1), der mit einem Ladekabel (2), insbesondere mit einem Fahrzeugladekabel eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges verbunden ist, und einem Steckergehäuse (3); sowie spannungsführende Stromkontakte (4a, 4b) für einen Ladestrom, insbesondere einer Batterie des Elektro- oder Hybridfahrzeuges umfasst, wobei im Steckergehäuse (3) mindestens ein Temperatursensor (5, 5a, 5b) für eine Laderegelung und/oder eine Ladeüberwachung angeordnet ist, soll erreicht werden, dass eine schnelle Laderegelung unter Berücksichtigung einer ausreichenden elektrischen Isolation gegeben ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Temperatursensor (5, 5a, 5b) in einer Kammer (10) eingebettet ist, in der mindestens ein stromführender Bereich (20a, 20b) der Stromkontakte (4a, 4b) geführt ist, wobei die Kammer (10) mit einem Wärmeleitmittel befüllt ist, so dass zwischen dem mindestens einem spannungsführenden Stromkontakt (4a, 4b) und dem mindestens einem Temperatursensor (5, 5a, 5b) eine – vorzugsweise elektrisch isolierende – Wärmeleitbrücke vorhanden ist.In a connector (1) which is connected to a charging cable (2), in particular to a vehicle charging cable of an electric or hybrid vehicle, and a connector housing (3); as well as voltage-carrying current contacts (4a, 4b) for a charging current, in particular a battery of the electric or hybrid vehicle, wherein in the plug housing (3) at least one temperature sensor (5, 5a, 5b) is arranged for a charge control and / or a charge monitoring is be achieved that a rapid charge control is given taking into account a sufficient electrical insulation. This is achieved in that the temperature sensor (5, 5a, 5b) is embedded in a chamber (10) in which at least one current-carrying region (20a, 20b) of the current contacts (4a, 4b) is guided, wherein the chamber (10 ) is filled with a heat conducting, so that between the at least one live current contact (4a, 4b) and the at least one temperature sensor (5, 5a, 5b) - preferably electrically insulating - Wärmeleitbrücke is present.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Stecker nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a plug according to the preamble of
Bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen muss die Batterie über ein Ladekabel geladen werden, der mit einem Netzstecker versehen ist. Der Netzstecker kann an eine Haushaltssteckdose angeschlossen werden.For electric or hybrid vehicles, the battery must be charged via a charging cable with a mains plug. The power plug can be connected to a household socket.
Der Ladestrom wird häufig in Abhängigkeit einer Temperatur der Steckkontakte geregelt. Im Stecker integrierte Sensoren müssen Normen erfüllen, die sicherstellen, dass zwischen den Netzspannung führenden Teilen und den Sensorleitungen ein ausreichender Abstand bzw. eine ausreichende elektrische Isolation vorhanden ist. Beispielsweise können Schrumpfschläuche verwendet werden, die die Sensorsteuerleitungen und/oder andere leitfähige Teile elektrisch isolieren. Bei stromführenden Teilen muss ansonsten ein Abstand von 3 mm eingehalten werden.The charging current is often regulated as a function of a temperature of the plug contacts. Sensors integrated into the connector must comply with standards that ensure that there is sufficient clearance or electrical insulation between the live parts and the sensor cables. For example, shrink tubing may be used that electrically isolates the sensor control lines and / or other conductive parts. For live parts otherwise a distance of 3 mm must be maintained.
Bekannte Laderegelungen durch Temperatursensoren haben jedoch den Nachteil, dass sie relativ träge sind. So kann es bis zu 20 Minuten dauern, bis ein Temperatur-Ist-Wert erfasst wird.However, known charging controls by temperature sensors have the disadvantage that they are relatively sluggish. It may take up to 20 minutes for a temperature actual value to be recorded.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Aufgabe der Erfindung und LösungObject of the invention and solution
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stecker der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der eine schnelle Laderegelung unter Berücksichtigung einer ausreichenden elektrischen Isolation erreicht.The invention has for its object to provide a plug of the generic type, which achieves a fast charge control, taking into account a sufficient electrical isolation.
Diese Aufgabe wird durch einen Stecker mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.This object is achieved by a plug with the features specified in the characterizing part of
Die Erfindung beruht auf den Gedanken, den Temperatursensor quasi mit einer Wärmeleitpaste zu umschließen, so dass einerseits eine Wärmeleitfähigkeit erheblich verbessert wird, aber auch andererseits Probleme einer elektrischen Isolation in einfacher Weise gelöst werden.The invention is based on the idea to enclose the temperature sensor quasi with a thermal paste, so that on the one hand a thermal conductivity is significantly improved, but also on the other hand problems of electrical insulation can be solved in a simple manner.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch den erfindungsgemäßen Stecker ist es möglich, eine Temperatur-Ist-Werterfassung von etwa 20 Minuten auf etwa 2 Minuten zu verkürzen.By the plug according to the invention, it is possible to shorten a temperature-actual value detection from about 20 minutes to about 2 minutes.
Durch die Erfindung kann auch auf Schrumpfschläuche verzichtet werden, deren Montage umständlich ist.By the invention can be dispensed with shrink tubing, the assembly is cumbersome.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zur Laderegelung bzw. Ladeüberwachung eine Temperatur der Kontakte eines Steckers dient. Bei hohen Stromlasten bzw. hohen Ladeströmen erwärmen sich die Kontakte des Steckers. Der Gedanke ist, im nahen Bereich der Verbindung zwischen Kabel und Stecker die Temperatur durch einen Sensor zu überwachen, der auf Abstand angebracht wird. Dieser befindet sich vorzugsweise praktisch in einer Behausung bzw. einem Gehäuseelement, das mit einem wärmeleitfähigen und, insbesondere zugleich spannungsisolierenden, Material ausgefüllt wird.The invention is based on the recognition that for charge control or charge monitoring, a temperature of the contacts of a plug is used. At high current loads or high charging currents, the contacts of the connector heat up. The idea is to monitor the temperature in the near area of the connection between the cable and plug by means of a sensor mounted at a distance. This is preferably located practically in a housing or a housing element, which is filled with a thermally conductive and, in particular at the same time stress-insulating material.
Das Gehäuse kann aus mehreren Materialien bestehen, die nicht elektrisch leitend sind. Möglich sind Kunststoff, Keramik oder Glas.The housing may consist of several materials that are not electrically conductive. Possible are plastic, ceramic or glass.
Bevorzugt werden Wärmeleiter, die eine elektrisch isolierenden Komponente, wie Aluminiumoxid, Silikonöl, Zinkoxid, und thermoplastische Kunststoffe aufweisen.Preference is given to thermal conductors which have an electrically insulating component, such as aluminum oxide, silicone oil, zinc oxide, and thermoplastics.
Durch den schnellen und effizienten Temperatur-Übertrag ist eine Regelung der Leistung bzw. des Stromes um ein vielfaches schneller als bekannte Lösungen.Due to the fast and efficient temperature transfer, a regulation of the power or the current is many times faster than known solutions.
Als Temperatursensor kann jedes Bauteil eingesetzt werden, das zum Beispiel seinen Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur verändert.As a temperature sensor, each component can be used, for example, changes its resistance as a function of temperature.
Beispielsweise können Heißletter (NTC) verwendet werden. Diese verringern ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung. Sie basieren auf Metalloxiden oder Halbleitern. Ein solches Bauteil wird auch Thermistor genannt.For example, hot-letters (NTC) can be used. These reduce their resistance to temperature increase. They are based on metal oxides or semiconductors. Such a component is also called a thermistor.
Einsetzbar sind auch Kaltleiter (PTC). Diese erhöhen ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung.It is also possible to use PTC thermistors. These increase their resistance with temperature increase.
Zum Beispiel ist ein Pt100-Sensor verwendbar.For example, a Pt100 sensor is usable.
Verwendbar sind auch Platin-Messwiderstände. Diese haben einen nahezu temperaturlinearen Widerstandsverlauf. Sie können für Temperaturen zwischen –200°C und +850°C eingesetzt werden.Also usable are platinum measuring resistors. These have a nearly temperature-linear resistance profile. They can be used for temperatures between -200 ° C and + 850 ° C.
Denkbar ist auch die Anordnung von Silizium-Messwiderständen. Diese können im Temperaturbereich von –50°C bis +150°C eingesetzt werden. Also conceivable is the arrangement of silicon measuring resistors. These can be used in the temperature range from -50 ° C to + 150 ° C.
Grundsätzlich kann auch ein Keramik-Kaltleiter eingesetzt werden. Dieser weist bei einer materialspezifischen Temperatur einen starken Widerstandsanstieg auf.Basically, a ceramic PTC thermistor can be used. This has a strong resistance increase at a material-specific temperature.
Als Temperatursensor können auch andere Bauteile verwendet werden, die direkt ein bearbeitbares elektrisches Signal liefern. Beispielsweise können integrierte Halbleiter-Temperatursensoren bzw. Festkörperschaltkreise genutzt werden, die einen zu ihrer Temperatur proportionalen Strom liefern.As a temperature sensor and other components can be used, which provide an editable electrical signal directly. For example, integrated semiconductor temperature sensors or solid-state circuits can be used, which deliver a current proportional to their temperature.
Alternativ kann auch ein Wärmefühler mit Schwingquarz als Messelement eingesetzt werden. Die Resonanzfrequenz des schwingenden Quarzes verändert sich abhängig von der Temperatur und kann sehr präzise gemessen werden.Alternatively, a heat sensor with quartz crystal can be used as a measuring element. The resonant frequency of the oscillating quartz changes depending on the temperature and can be measured very precisely.
Stattdessen können genauso gut Thermoelemente verbaut werden. Diese wandeln eine Temperaturdifferenz durch den sogenannten Seebeck-Effekt in eine elektrische Spannung um.Instead, thermocouples can be installed just as well. These convert a temperature difference by the so-called Seebeck effect into an electrical voltage.
Nicht auszuschließen sind pyroelektrische Materialien. Diese ändern die Ladungsträgerdichte an ihrer Oberfläche bei Temperaturschwankungen durch Veränderung der spontanen Polarisation.Not to be excluded are pyroelectric materials. These change the charge carrier density at their surface with temperature fluctuations by changing the spontaneous polarization.
Als Temperatursensoren sind mechanisch arbeitende Temperaturschalter, z. B. Bimetallschalter, die durch Krümmung eines Bimetalles einen Schalter betätigen, denkbar.As temperature sensors are mechanically operating temperature switch, z. B. bimetallic switch, which actuate a switch by bending a bimetal, conceivable.
In Frage kommen auch sogenannte Curie-Effekt-Temperatursensoren. Diese bestehen aus einem Dauermagneten, der unterhalb der Curie-Temperatur an ferromagnetischem Material haftet und oberhalb dieser Temperatur abfällt und dabei einen Schalter betätigt.Also suitable are so-called Curie effect temperature sensors. These consist of a permanent magnet, which adheres below the Curie temperature to ferromagnetic material and drops above this temperature, thereby actuating a switch.
Grundsätzlich ist die Verwendung von faseroptischen Temperatursensoren möglich. Sie beruhen auf dem sogenannten Raman-Effekt oder der temperaturabhängigen Änderung des Brechungsindex in Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBGS).Basically, the use of fiber optic temperature sensors is possible. They are based on the so-called Raman effect or the temperature-dependent refractive index change in fiber Bragg grating sensors (FBGS).
Es ist also eine Vielzahl von Temperatursensoren bzw. Wärmefühler, Temperaturfühler, Wärmesensoren und dergleichen möglich.So it is a variety of temperature sensors or heat sensors, temperature sensors, heat sensors and the like possible.
Als Wärmeleitmittel ist eine Wärmeleitpaste einsetzbar. Geeignet sind klassische Wärmeleitpasten. Diese enthalten hauptsächlich Silikonöl und Zinkoxid.As Wärmeleitmittel a thermal paste is used. Suitable are classic thermal pastes. These mainly contain silicone oil and zinc oxide.
Bei geeigneten Isoliermaßnahmen können auch Wärmeleitpasten mit Aluminium-, Kupfer-, Graphit- und Silberbestandteilen verwendet werden. Denkbar ist der Einsatz von silikonfreien Pasten oder Pasten, die auf thermoplastischen Kunststoffen basieren.With suitable insulation measures also thermal compounds with aluminum, copper, graphite and silver components can be used. Conceivable is the use of silicone-free pastes or pastes based on thermoplastics.
Die Wärmeleitfähigkeit kann beispielsweise von 0,8 W/(m-K) bis zu etwa 100 W/(m-K) betragen.The thermal conductivity may be, for example, from 0.8 W / (m-K) to about 100 W / (m-K).
Weniger in Bezug auf die elektrische Isolierung geeignet, aber im Rahmen der Erfindung möglich, sind auch Wärmeleitpasten aus Flüssigmetall. Diese nutzen metallische Legierungen mit vergleichsweise sehr niedrigem Schmelzpunkt, die primär aus Gallium und verschiedenen zusätzlichen Metallen wie Indium, Rhodium, Silber, Zink und Zinn bestehen. Diese leiten die Wärme erheblich besser als konventionelle Pasten. So können Werte der Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 40 W/(m-K) bis 80 W/(m-K) erreicht werden.Less suitable in terms of electrical insulation, but within the scope of the invention possible, are also thermal compounds of liquid metal. These use relatively low melting point metallic alloys, primarily consisting of gallium and various additional metals such as indium, rhodium, silver, zinc and tin. These conduct the heat much better than conventional pastes. Thus, values of thermal conductivity ranging from 40 W / (m-K) to 80 W / (m-K) can be achieved.
Als Wärmeleitmittel kann auch ein Wärmeleitkleber dienen. Diese sind Zweikomponentenklebstoffe, die zum Beispiel auf Epoxid- oder Silikonbasis sind.As Wärmeleitmittel can also serve a thermal adhesive. These are two-component adhesives which are, for example, epoxy or silicone based.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und weitere VorteileAdvantageous embodiments of the invention and further advantages
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist zwischen dem mindestens einem spannungsführenden Stromkontakt bzw. stromführenden Bereich und dem mindestens einem Temperatursensor eine direkte elektrisch isolierende Wärmeleitbrücke vorhanden. Die Wärmeleitbrücke ist derart ausgeführt, dass die Wärmeleitbrücke sich direkt von einem Messkopf des Temperatursensors und einer elektrisch leitfähigen Oberfläche des spannungsführenden Stromkontaktes bzw. stromführenden Bereichs erstreckt. So entsteht eine direkte thermische Verbindung durch das Wärmeleitmittel. Auf diese Weise lässt sich eine sehr schnelle Stromregelung erzielen. Hierbei ist darauf zu achten, dass das Wärmeleitmittel einen hohen elektrischen Widerstand hat.In an advantageous embodiment of the invention, a direct electrically insulating Wärmeleitbrücke exists between the at least one live current contact or current-carrying area and the at least one temperature sensor. The heat-conducting bridge is designed in such a way that the heat-conducting bridge extends directly from a measuring head of the temperature sensor and an electrically conductive surface of the live current contact or current-carrying region. This creates a direct thermal connection through the heat-conducting medium. In this way, a very fast current control can be achieved. It is important to ensure that the heat transfer medium has a high electrical resistance.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steckers ist vorgesehen, dass der mindestens eine Temperatursensor in einem Gehäuseelement aus elektrischem Isoliermaterial angeordnet ist. Der Stecker kann mit einem Gehäuseelement mit einem oder zwei Temperatursensoren versehen sein. Alternativ kann der Stecker mit zwei getrennten Gehäuseelementen mit jeweils einem, d. h. also insgesamt zwei Temperatursensoren ausgestattet sein.In an advantageous development of the plug according to the invention it is provided that the at least one temperature sensor is arranged in a housing element made of electrical insulating material. The plug can be provided with a housing element with one or two temperature sensors. Alternatively, the plug with two separate housing elements each having a, d. H. So be equipped a total of two temperature sensors.
Wenn ein für zwei spannungsführende Stromkontakte gemeinsames Gehäuseelement eingesetzt wird, dann reduziert sind die Anzahl der Bauteile des Steckers, wobei so auch die Montagekosten reduziert werden. Diese Variante lässt einen oder zwei Sensoren zu. If a housing element common to two live current contacts is used, then the number of components of the connector is reduced, thus also reducing assembly costs. This variant allows one or two sensors.
Wenn ein, für beide spannungsführende Stromkontakte gemeinsames Gehäuseelement mit einem einzigen Temperatursensor genutzt wird, dann ist nur ein einziges elektrisches, passives oder aktives, Bauteil erforderlich, was kostengünstig ist.If a housing element common to both live current contacts is used with a single temperature sensor, then only a single electrical, passive or active device is required, which is inexpensive.
Dagegen ist bei einem Stecker, der ein für beide spannungsführende Stromkontakte gemeinsames Gehäuseelement und zwei Temperatursensoren aufweist, eine besonders schnelle und genaue Temperaturerfassung möglich. Jedem Temperatursensor ist jeweils ein spannungsführender Stromkontakt zugeordnet.In contrast, a particularly fast and accurate temperature detection is possible in a connector having a housing element common to both live current contacts and two temperature sensors. Each temperature sensor is assigned a voltage-carrying current contact.
Um einerseits Material bei der Ausführung des Gehäuseelementes zu sparen und um weniger Wärmeleitmittel zu benötigen, ist vorgesehen, dass zwei relativ kleine Gehäuseelemente vorhanden sind, die jeweils einem der spannungsführenden Stromkontakte zugeordnet sind. Jedes Gehäuseelement weist einen eigenen Temperatursensor auf.On the one hand to save material in the execution of the housing element and to require less heat conduction, it is provided that two relatively small housing elements are present, which are each associated with one of the live current contacts. Each housing element has its own temperature sensor.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung besteht jedes Gehäuseelement aus einem einzigen Basiskörper. Dieser ist mit einer Befüllöffnung versehen, um die Wärmeleitpaste leicht hineinspritzen zu können.In a further advantageous embodiment of the invention, each housing element consists of a single base body. This is provided with a filling opening in order to inject the thermal compound easily.
Damit die Wärmeleitpasten in das Innere des Gehäuseelementes ebenfalls leicht gelangen können, ist es auch alternativ möglich, dass jedes Gehäuseelement aus einem Basiskörper mit einem Verschlussdeckel besteht. Der Verschlussdeckel ist vom Basiskörper loslösbar, so dass die Wärmeleitpaste in das offene Gehäuseelement angeordnet werden kann.So that the thermal compounds in the interior of the housing element can also easily pass, it is also possible alternatively that each housing element consists of a base body with a closure lid. The closure lid is detachable from the base body, so that the thermal paste can be arranged in the open housing element.
Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Temperaturmessung für jeden denkbaren Steckertyp verwendet werden. In der Praxis ist eine Ausführung geeignet, bei der ein genormter Netzstecker für ein Wechselspannungsstromnetz, z. B. 220–240 Volt, 50 Hz oder 60 Hz, eingesetzt wird. Beispielsweise lassen sich unterschiedliche, dreipolige Steckertypen für Deutschland, England, USA, Japan usw. berücksichtigen.In principle, the temperature measurement according to the invention can be used for every conceivable type of plug. In practice, an embodiment is suitable in which a standard power plug for an AC power supply, z. B. 220-240 volts, 50 Hz or 60 Hz, is used. For example, different, three-pole plug types for Germany, England, USA, Japan, etc. can be considered.
Ausführungsbeispieleembodiments
Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und Vorteile derselben beschrieben sind.Embodiments will be explained in more detail with reference to the drawings, wherein further advantageous developments of the invention and advantages thereof are described.
Es zeigen:Show it:
Der Stecker
Mit den Sensoren
Der Stecker
Jeder Temperatursensor
Die Stromkontakte
Durch die Wärmeleitpaste ist zwischen jedem spannungsführenden Stromkontakt
Wie die
Jedes Gehäuseelement
An der ersten, dem Steckerboden
Genauso wie der Bereich
Bei der Variante gemäß den
In den
Hierbei weist das für beide spannungsführende Stromkontakte
Das Gehäuseelement
Zum Fixieren des Gehäuseelementes
Denkbar ist auch eine Ausführungsform nach
Die Erfindung ist also nicht auf die Beispiele nach den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Steckerplug
- 22
- FahrzeugladekabelVehicle charging cable
- 33
- Steckergehäuseplug housing
- 4a4a
- Stromkontaktcurrent contact
- 4b4b
- Stromkontaktcurrent contact
- 55
- Temperatursensortemperature sensor
- 5a5a
- Temperatursensortemperature sensor
- 5b5b
- Temperatursensortemperature sensor
- 66
- PE-KontaktePE contacts
- 77
- Steckkontaktplug contact
- 88th
- Steckkontaktplug contact
- 99
- BereichArea
- 1010
- Kammerchamber
- 1111
- Steckkontaktplug contact
- 1212
- Gehäuseelementhousing element
- 12a12a
- Gehäuseelementhousing element
- 12b12b
- Gehäuseelementhousing element
- 1313
- Wandwall
- 1414
- Wandwall
- 1515
- Steckerbodenplug ground
- 1616
- Wandwall
- 1717
- Befüllöffnungfilling
- 1818
- Öffnungopening
- 1919
- Öffnungopening
- 20a20a
- BereichArea
- 20b20b
- BereichArea
- 2222
- Messkopfprobe
- 2323
- Basiskörperbase body
- 2424
- Gehäuseelementhousing element
- 2525
- Basiskörperbase body
- 2626
- Verschlussdeckelcap
- 2727
- Öffnungopening
- 2828
- Öffnungopening
- 2929
- Öffnungopening
- 3030
- Seitepage
- 3131
- Seitepage
- 3232
- Öffnungopening
- 3333
- Öffnungopening
- 3434
- StegeStege
- 3535
- Gehäuseelementhousing element
- 3636
- Öffnungopening
- 3737
- Öffnungopening
- 3838
- Öffnungopening
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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