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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ladestecker für ein Elektrofahrzeug.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Ladesteckern zum Laden elektrisch angetriebener Fahrzeuge beschrieben. Die Erfindung kann aber in jeder Anwendung genutzt werden, in der große elektrische Leistungen übertragen werden.
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Über einen Ladestecker fließt beim Laden einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs ein großer elektrischer Stromfluss. Aufgrund des unvermeidbaren ohmschen Widerstands erwärmen sich die elektrischen Leiter im Ladestecker. Durch die Erwärmung kann ein Gehäuse des Ladesteckers erwärmt werden. Um eine Temperatur des Ladesteckers zu überwachen, kann ein Temperatursensor in einem bekannten Abstand zu den Leitern mit dem Gehäuse verbunden sein. Durch den Abstand zu den Leitern ist der Temperatursensor außerhalb eines Hochvoltbereichs des Ladesteckers angeordnet.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel einen Ladestecker für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Es wird ein Ladestecker für ein Elektrofahrzeug vorgestellt, wobei der Ladestecker zumindest ein elektrisch leitendes Kontaktelement aufweist, das in einem Steckergehäuse des Ladesteckers angeordnet ist, wobei eine durch das Kontaktelement vorgespannte Wärmeleitfeder zwischen dem Kontaktelement und einem Temperatursensor des Ladesteckers angeordnet ist, wobei zwischen der Wärmeleitfeder und dem Temperatursensor ein elektrisch isolierender, wärmeleitender Isolator angeordnet ist.
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Ein Elektrofahrzeug kann ein zumindest anteilig batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug sein. Das Elektrofahrzeug kann eine Traktionsbatterie aufweisen, die durch eine Zufuhr von elektrischer Energie von außen geladen werden kann. Die Energie kann dem Fahrzeug über einen aus zwei Teilen bestehenden, steckbaren und wieder trennbaren Ladesteckverbinder zugeführt werden. Ein Ladestecker kann eines der beiden steckbaren Teile des Ladesteckverbinders sein. Der Ladestecker kann als Stecker an einem Kabel beziehungsweise als Dose am Fahrzeug ausgeführt sein. Der Ladestecker kann zum Übertragen von Kfz-Hochvoltspannung ausgelegt sein. Dazu können Isolierungen, Wandstärken und Abstände zwischen elektrischen Leitern des Ladesteckers für die verwendete elektrische Spannung von beispielsweise bis zu 1000 Volt Kfz-Hochvoltspannung ausgeführt sein. Stromtragende Querschnitte der elektrischen Leiter können auf die hohen elektrischen Stromflüsse von einigen Ampere bis hin zu etlichen hundert Ampere beim Laden des Elektrofahrzeugs ausgelegt sein.
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Ein Steckergehäuse kann ein Strukturbauteil des Ladesteckers sein. Das Steckergehäuse kann aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Das Steckergehäuse kann eine steckbare Steckkontur des Ladesteckers aufweisen. Die Steckkontur kann passend zu einer entgegengesetzten Steckkontur im anderen steckbaren Teil des Ladesteckverbinders ausgeführt sein. Das Steckergehäuse kann Aufnahmen für mehrere Kontaktelemente aufweisen. Durch das Steckergehäuse können die Abstände zwischen den elektrischen Leitern definiert sein.
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Ein Kontaktelement kann insbesondere aus einem Metallmaterial bestehen. Das Kontaktelement kann ein Endstück eines der elektrischen Leiter des Ladesteckers sein. Das Kontaktelement kann an einem steckbaren Ende passend zu einem entgegengesetzten Kontaktelement im anderen steckbaren Teil des Ladesteckverbinders ausgeführt sein. Das Kontaktelement kann als Pin zum Einstecken in eine Hülse beziehungsweise als Hülse zum Aufnehmen eines Pins ausgeführt sein. An einem dem steckbaren Ende gegenüberliegenden Ende kann das Kontaktelement mit dem elektrischen Leiter, wie einem Kabel oder einer Stromschiene verbunden sein.
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Eine Wärmeleitfeder kann aus einem elastisch verformbaren Metallmaterial bestehen. Die Wärmeleitfeder kann in einer entspannten Form in die Aufnahme für das Kontaktelement ragen. Die Wärmeleitfeder kann durch das Kontaktelement beim Einsetzen in die Aufnahme aus der entspannten Form in eine vorgespannte Form elastisch verformt werden. Die Wärmeleitfeder kann beim Einsetzen auch anteilig plastisch verformt werden. Die Wärmeleitfeder kann thermisch leitend sein. Die Wärmeleitfeder kann auch elektrisch leitend sein. Die Wärmeleitfeder kann direkt an dem Kontaktelement anliegen. Die Wärmeleitfeder kann aufgrund ihrer Vorspannung mit einer Federkraft gegen das Kontaktelement drücken. Beim Einsetzen können Oxidschichten am Kontaktelement und/oder an der Wärmeleitfeder aufgerissen werden. Dadurch kann ein unmittelbarer Kontakt zwischen der Wärmeleitfeder und dem Kontaktelement entstehen.
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Ein Temperatursensor kann einen Wert einer Temperatur in einem elektrischen Signal abbilden. Der Temperatursensor kann beabstandet von dem Kontaktelement angeordnet sein. Der Temperatursensor kann elektrisch isoliert von dem Kontaktelement sein. Der Temperatursensor kann so weit von dem Kontaktelement beabstandet sein, dass der Temperatursensor außerhalb eines Einflussbereichs einer Hochvoltspannung auf dem Kontaktelement angeordnet ist. Der Temperatursensor kann Bestandteil einer Sicherheitselektronik des Ladesteckers sein. Der Temperatursensor kann auf einem niedrigen Spanungsniveau, beispielsweise bis zu 12 Volt betrieben werden.
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Ein Isolator kann dazu ausgebildet sein, den Temperatursensor von der auf der Wärmeleitfeder anliegenden Hochvoltspannung elektrisch zu isolieren. Ein Material des Isolators kann einen geringeren Wärmewiderstand aufweisen, als ein Material des Steckergehäuses.
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Der Isolator kann zumindest eine Schicht wärmeleitende Wärmeleitpaste aufweisen. Wärmeleitpaste kann plastisch fließen und Unebenheiten zwischen dem Temperatursensor und der Wärmeleitfeder ausgleichen. Durch die Schicht Wärmeleitpaste kann eine Temperatur des Temperatursensors eng an die Temperatur der Wärmeleitfeder gekoppelt sein.
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Der Isolator kann zumindest ein wärmeleitendes Wärmeleitpad aufweisen. Ein Wärmleitpad kann elastisch und anteilig plastisch verformt werden. Das Wärmeleitpad kann Unebenheiten zwischen dem Temperatursensor und der Wärmeleitfeder ausgleichen. Das Wärmeleitpad kann einen für die elektrische Isolation erforderlichen Mindestabstand zwischen dem Temperatursensor und der Wärmeleitfeder sicherstellen. Ein Wärmeleitpad kann aus einem Silikonmaterial bestehen.
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Der Isolator kann zumindest eine Schicht elektrisch isolierende Isolierfolie aufweisen. Isolierfolie kann eine geringe Materialstärke aufweisen. Durch die geringe Materialstärke kann die Isolierfolie einen geringen Wärmewiderstand aufweisen. Die Isolierfolie kann beispielsweise eine Kapton®-Folie sein.
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Der Temperatursensor kann auf einer der Wärmeleitfeder zugewandten Seite einer Leiterplatte des Ladesteckers angeordnet sein. Die Leiterplatte kann gegen den Isolator gedrückt werden. In der Leiterplatte kann der Temperatursensor direkt an Leiterbahnen angeschlossen sein. Die Leiterplatte kann weitere Anteile der Sicherheitselektronik des Ladesteckers aufweisen.
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Der Isolator kann die Wärmeleitfeder für zumindest eine Luftstrecke und/oder eine Kriechstrecke zwischen dem Kontaktelement und dem Temperatursensor beziehungsweise der Leiterplatte bedecken. Der Isolator kann auf der Luftstrecke beziehungsweise Kriechstrecke freiliegen. Der Isolator kann eine freiliegende Fläche der Wärmeleitfeder durch die Luftstrecke und/oder Kriechstrecke von elektrischen Leitern auf einem anderen Spannungsniveau trennen.
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Die Wärmeleitfeder kann auf einer quer zu einer Achse des Kontaktelements ausgerichteten Rückseite des Steckergehäuses angeordnet sein. Die Wärmeleitfeder kann einen vorgespannten Kontaktbereich aufweisen, der gegenüber der Rückseite abgewinkelt ist. Die Aufnahme für das Kontaktelement kann als Aussparung in der Rückseite des Steckergehäuses ausgebildet sein. Das Kontaktelement kann in die Aufnahme eingesteckt werden. Der Kontaktbereich kann in die Aufnahme hinein abgewinkelt sein. Der Kontaktbereich kann beim Einstecken des Kontaktelements verbogen werden, um die Vorspannung aufzubauen. Der Kontaktbereich kann eine Einführschräge aufweisen. Das Kontaktelement kann beim Einstecken in die Aufnahme über die Einführschräge abgleiten.
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Der Kontaktbereich kann entsprechend einer Kontur des Kontaktelements konturiert sein. Beispielsweise kann das Kontaktelement eine runde Querschnittsfläche aufweisen. Dann kann der Kontaktbereich der runden Kontur des Kontaktelements folgen. Durch den konturierten Kontaktbereich weist die Wärmeleitfeder eine größere Wärmeübergangsfläche zu dem Kontaktelement auf, als bei einem ebenen Kontaktbereich, der an dem runden Kontaktelement anliegt.
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Das Steckergehäuse kann im Bereich einer Auflagefläche der Wärmeleitfeder eine wärmeisolierende Isoliereinrichtung aufweisen. Eine Isoliereinrichtung kann die Wärmeleitfeder gegen das Steckergehäuse wärmeisolieren. Die Isoliereinrichtung kann einen Wärmefluss von der Wärmeleitfeder in das Steckergehäuse verringern. Durch die Isoliereinrichtung kann ein Auskühlen der Wärmeleitfeder bis zu dem Temperatursensor abgeschwächt werden. Durch die Isoliereinrichtung kann der Temperatursensor die Temperatur des Kontaktelements mit einer hohen Genauigkeit erfassen.
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Die Isoliereinrichtung kann als Aussparung des Steckergehäuses unter der Wärmeleitfeder ausgebildet sein. Eine Aussparung beziehungsweise Tasche verhindert einen direkten wärmeleitenden Kontakt der Wärmeleitfeder zum Steckergehäuse. Durch die Aussparung kann die Wärmeleitfeder Wärme nur über die umgebende Luft abgeben. Die Aussparung ist kostengünstig herstellbar.
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Das Steckergehäuse kann Haltenasen zum Halten der Wärmeleitfeder aufweisen. Eine Haltenase kann ein Vorsprung des Steckergehäuses sein, der bis auf eine vom Steckergehäuse abgewandte Oberseite der Wärmeleitfeder reicht. Die Haltenase kann sich zumindest über einen Teilbereich der Oberseite erstrecken, um einen Hinterschnitt zum Halten der Wärmeleitfeder zu erzeugen. Zumindest zwei Haltenasen können die Wärmeleitfeder am Steckergehäuse fixieren. Die Haltenasen können eine Gegenkraft zur Vorspannkraft in das Steckergehäuse einleiten. Die Wärmeleitfeder kann beispielsweise in die Haltenasen eingerastet werden. Dazu können die Haltenasen Einführschrägen aufweisen. Die Haltenase kann auch beispielsweise durch Heißverstemmen plastisch verformt werden, nachdem die Wärmeleitfeder an dem Steckergehäuse angeordnet worden ist.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Darstellung eines Ladesteckers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Darstellung eines Steckergehäuses eines Ladesteckers gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 3 eine Darstellung eines Kontaktelements mit einer anliegenden Wärmeleitfeder eines Ladesteckers gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-3 als Referenz beibehalten.
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1 zeigt eine Darstellung eines Ladesteckers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Ladestecker 100 ist eines von zwei ineinander steckbaren Teilen eines Ladesteckverbinders für ein Elektrofahrzeug. Der Ladestecker 100 kann also als mobiler Stecker oder als fahrzeugfeste Steckdose ausgeführt sein. Der Ladestecker 100 weist zumindest ein Kontaktelement 102 auf, das in einer Aufnahme 104 eines Steckergehäuses 106 angeordnet ist. Das Steckergehäuse 106 bildet dabei eine Steckgeometrie 108 zum Einstecken in eine passende Gegengeometrie aus. Das Kontaktelement 102 kann Männchen oder Weibchen sein. Hier ist das Kontaktelement 102 als Pin zum Einstecken in eine Buchse oder Hülse des Gegenstücks ausgebildet.
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Das Kontaktelement 102 ist von einer von der Steckgeometrie 108 abgewandten Rückseite 110 des Steckergehäuses 106 in die Aufnahme 104 eingesteckt. An der Rückseite 110 ist ein elektrischer Leiter an das Kontaktelement 102 angeschlossen. Hier ist ein Kabel mit dem Kontaktelement 102 verbunden.
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Neben der Aufnahme 104 ist ein Temperatursensor 112 angeordnet. Der Temperatursensor 112 ist über eine vorgespannte Wärmeleitfeder 114 aus Metall mit dem Kontaktelement 102 thermisch gekoppelt. Da die Wärmeleitfeder 114 auf dem gleichen elektrischen Spannungsniveau wie das Kontaktelement 102 liegen kann, ist zwischen der Wärmeleitfeder 114 und dem Temperatursensor 112 ein elektrisch isolierender Isolator 116 angeordnet. Der Isolator 116 schützt den Temperatursensor 112 vor der während eines Ladevorgangs am Kontaktelement 102 anliegenden Hochvoltspannung. Der Isolator 116 liegt dabei flächig auf der Rückseite 110 und der Wärmeleitfeder 114 auf. Der Temperatursensor 112 liegt auf einer der Wärmeleitfeder 114 entgegengesetzten Seite des Isolators 116 an.
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Der Isolator 116 weist einen geringeren spezifischen Wärmewiderstand als das Steckergehäuse 106 auf. Daher kann der Isolator 116 als wärmeleitend bezeichnet werden.
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Der Isolator 116 kann ein wärmeleitendes Wärmeleitpad 118 umfassen. Alternativ oder ergänzend kann der Isolator 116 eine wärmeleitende Wärmeleitpaste 120 umfassen. Das Wärmeleitpad 118 und/oder die Wärmeleitpaste 120 sind elektrisch isolierend. Durch das Wärmeleitpad 118 und/oder die Wärmeleitpaste 120 kann eine Kontaktfläche des Temperatursensors 112 zu dem Isolator 116 optimiert werden, da das Wärmeleitpad 118 und/oder die Wärmeleitpaste 120 flexibel sind und der Temperatursensor 112 zumindest geringfügig in das Wärmeleitpad 118 und/oder die Wärmeleitpaste 120 einsinken kann. Der Isolator 116 kann auch eine elektrisch isolierende Isolierfolie 122 umfassen. Die elektrisch isolierende Isolierfolie 122 kann eine Durchschlagfestigkeit des Isolators 116 verbessern.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 112 als SMD-Bauteil auf einer dem Isolator 116 zugewandten Oberfläche einer Leiterplatte 124 ausgeführt. Der Isolator 116 ist zwischen der Leiterplatte 124 und der Rückseite 110 angeordnet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Aufnahme 104 als Stufenbohrung durch das Steckergehäuse 106 ausgeführt. Dabei ist ein größter Bohrungsdurchmesser der Aufnahme 104 an der Rückseite 110 angeordnet. Der größte Bohrungsdurchmesser ist größer als eine größte Abmessung des Kontaktelements 102. Dadurch ergibt sich ein umlaufender Spalt 126 zwischen dem Kontaktelement 102 und dem Steckergehäuse 106. Die Wärmeleitfeder 114 ist abgewinkelt ausgeführt und ragt von der Rückseite 110 in den Spalt 126 hinein. Dabei liegt ein Übertragungsbereich 128 der Wärmeleitfeder 114 auf der Rückseite 110 auf und ein abgewinkelter Kontaktbereich 130 der Wärmeleitfeder 114 ist in dem Spalt 126 angeordnet. Der Kontaktbereich 130 ist vorgespannt und liegt an dem Kontaktelement 102 an. Der Kontaktbereich 130 wird beim Einstecken des Kontaktelements 102 in die Aufnahme 104 vorgespannt. Das Kontaktelement 102 kollidiert beim Einstecken mit der Wärmeleitfeder 114 und verdrängt den Kontaktereich 130 zur Seite. Dadurch wird der Kontaktbereich 130 mit einer Rückstellkraft der Wärmeleitfeder 114 gegen eine Seitenfläche des Kontaktelements 102 gepresst.
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In einem Ausführungsbeispiel bedeckt der Isolator 116 die Wärmeleitfeder 114 in einem größeren Bereich als einer direkten Auflagefläche des Temperatursensors 112. Der Isolator 116 ragt zumindest um eine an die Hochvoltspannung angepasste Luft- und Kriechstrecke d unter der Leiterplatte 124 hervor.
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In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Wärmeleitfeder in das Steckergehäuse 106 eingegossen ausgeführt. Dabei stellt das die Wärmeleitfeder bedeckende Material des Steckergehäuses 106 die Luft- und Kriechstrecke d bereit. Ein von dem Kontaktelement 102 abgewandtes Ende des Übertragungsbereichs 128 ist dabei nicht eingegossen und von dem Isolator 116 bedeckt. Insbesondere ist nur die direkte Auflagefläche des Temperatursensors 112 nicht eingegossen. Alternativ dazu kann der Isolator 116 auch durch Material des Steckergehäuses 106 ausgebildet sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Steckergehäuse 106 und der Wärmeleitfeder 114 eine Isoliereinrichtung 132 angeordnet. Die Isoliereinrichtung 132 ist dazu ausgebildet, einen Wärmeverlust der Wärmeleitfeder 114 in das Steckergehäuse 106 zu verringern. Die Isoliereinrichtung isoliert die Rückseite 110 des Steckergehäuses 106 im Bereich der Wärmeleitfeder 114 thermisch. Durch die Isoliereinrichtung 132 weist die Wärmeleitfeder 114 gegenüber des Temperatursensors 112 näherungsweise die gleiche Temperatur auf, die sie im Kontaktbereich 130 aufweist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Isoliereinrichtung 132 als Tasche 132 in dem Steckergehäuse 106 ausgebildet. Die Tasche 132 ist dabei eine luftgefüllte Aussparung unterhalb der Wärmeleitfeder 114. Dabei liegt die Wärmeleitfeder 114 am Rand der Aufnahme 104 auf einem am Rand der Tasche 132 verbleibenden Steg des Steckergehäuses 106 auf und verläuft über die Tasche 132 hinweg bis zum gegenüberliegenden Rand der Tasche 132, wo sie wieder auf dem Steckergehäuse 106 aufliegt. Auf Höhe des gegenüberliegenden Rands ist der Temperatursensor 112 angeordnet. Durch den fehlenden Materialkontakt zum Steckergehäuse 106 fließt im Bereich der Tasche 132 kein direkter Wärmestrom aus der Wärmeleitfeder 114 in das Steckergehäuse 106. Die Luft in der Tasche 132 weist eine gegenüber einem Material des Steckergehäuses 106 eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf.
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2 zeigt eine Darstellung eines Steckergehäuses 106 eines Ladesteckers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steckergehäuse 106 entspricht dabei im Wesentlichen dem Steckergehäuse in 1. Die Wärmeleitfeder 114 ist hier in entspanntem Zustand dargestellt. Die Wärmeleitfeder 114 ragt in die Aufnahme 104 hinein. Der Kontaktbereich 130 der Wärmeleitfeder 114 weist eine Einführschräge 200 auf, über die die das hier nicht dargestellte Kontaktelement beim Einstecken in die Aufnahme 104 abgleitet, während es den Kontaktbereich 130 in Richtung einer Wand der Aufnahme 104 verdrängt.
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Der Kontaktbereich 130 weist weiterhin eine Stützkante 202 auf. Die Stützkante 202 ist am Ende des Kontaktbereichs 130 angeordnet und in Richtung der Wand der Aufnahme 104 gebogen. Wenn das Kontaktelement den Kontaktbereich 130 auslenkt, kann die Stützkante 202 an der Wand anliegen und den Kontaktbereich an der Wand abstützen.
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Das Steckergehäuse 106 weist Haltenasen 204 auf, die die Wärmeleitfeder 114 auf der Rückseite 110 positionieren. Die Haltenasen 204 sind am Rand der Aufnahme 104 angeordnet und stehen über eine Ebene der Rückseite 110 über. Die Haltenasen 204 weisen je einen Hinterschnitt auf, der ein Abheben der Wärmeleitfeder 114 von der Rückseite 110 verhindert.
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3 zeigt eine Darstellung eines Kontaktelements 102 mit einer anliegenden Wärmeleitfeder 114 eines Ladesteckers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kontaktelement 102 ist wie in 1 in einer Aufnahme 104 eines Steckergehäuses 106 des Ladesteckers 100 angeordnet. Die Aufnahme 104 ist als Aussparung in der Rückseite 110 des Steckerbgehäuses 106 ausgeführt. Das Kontaktelement 102 weist in der Aufnahme 104 einen geringeren Durchmesser als die Aufnahme 104 auf, sodass ein ringförmiger Spalt 126 rund um das Kontaktelement 102 angeordnet ist. Der Kontaktbereich 130 der Wärmeleitfeder 114 ist in dem Spalt 126 angeordnet.
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Um eine große Wärmeübergangsfläche 300 zwischen dem Kontaktelement 102 und der Wärmeleitfeder 114 zu erreichen ist der Kontaktbereich 130 hier bogenförmig verbreitert und umschließt das Kontaktelement 102 über einen großen Umschlingungswinkel von näherungsweise 90°.
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Der Isolator 116 steht hier auf drei Seiten über die Leiterplatte 124 über und stellt so die erforderliche Luft- und Kriechstrecke d bereit. Der Isolator 116 bedeckt dabei auch die Isoliereinrichtung 132 beziehungsweise die Tasche 132 im Steckergehäuse 106. So findet kein Luftaustausch der Luft in der Tasche 132 statt und eine Isolierleistung der Isoliereinrichtung 132 wird verbessert.
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Die Haltenasen 204 sind hier am Rand der Tasche 132 angeordnet und dienen gleichzeitig als Anschlag für den Isolator 116 in Richtung des Kontaktelements 102.
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Mit anderen Worten wird eine Pintemperaturmessung in einer Ladedose mit einer Metall-Wärmeleitfeder vorgestellt. Dabei erfolgt die Temperaturmessung der stromtragenden Pins in einer Ladedose mit möglichst hoher Messgenauigkeit. Durch den hier vorgestellten Ansatz ist ein hoher Automatisierungsgrad in der Produktion möglich.
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Bei der vorgestellten Lösung wird der Pin, dessen Temperatur zu messen ist, über ein metallisches Federelement thermisch kontaktiert. Die Temperatur wird dann über einen gängigen SMD-Temperatursensor an dem Federelement gemessen, wobei ein Wärmeleitpad als elektrische Isolierung und mechanischer Toleranzausgleich zwischen dem Federelement und dem Sensor angeordnet ist.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden lediglich eine gestanzte Metallfeder und ein Wärmeleitpad benötigt. Beides ist entweder als Eigenteil herstellbar oder ein gängiges Zukaufteil. Es ergeben sich eine erhöhte Zuverlässigkeit der Messung sowie eine verbesserte Messdynamik.
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Bei der hier vorgestellten Lösungsvariante findet die Wärmeleitung zum größten Teil in der Metallfeder und nicht in Kunststoffmaterialien statt. Damit ist der resultierende thermische Widerstand geringer als bei den Kunststoffmaterialien und die Messdynamik und Messgenauigkeit sind höher als bei den Kunststoffmaterialien. Zudem besteht bei der Metallfeder nicht das Risiko der Bildung eines Luftspalts, da das Federelement dauerelastisch ausgelegt werden kann und nicht durch das Einstecken des Pins in das Gehäuse beschädigt wird.
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Der Pin wird in die Öffnung des Gehäuses der Ladedose eingeführt, in welcher auch die Abdichtung desselben stattfindet (z.B. über einen Dichtungsring). Dabei wird eine Metallfeder zwischen dem Pin und dem Gehäuse verklemmt. Die Metallfeder weist einen Fortsatz auf, welcher vom Pin weg führt. Über diesen Fortsatz wird die Temperatur des Pins unter eine Leiterplatte geleitet, welche einen Temperatursensor aufweist.
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Um eine gute thermische Anbindung des Sensors und eine elektrische Isolierung zu gewährleisten, ist zwischen dem Fortsatz der Metallfeder und der Leiterplatte beziehungsweise dem Sensor ein elektrisch isolierendes Wärmeleitpad vorgesehen. Dieses dient auch zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen, sodass stets ein optimaler thermischer Kontakt zwischen Sensor und Metallfeder gewährleistet ist.
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Das elektrisch isolierende Wärmeleitpad dient auch zur Einhaltung der nötigen Luft- und Kriechstrecken, also dem freien Abstand d zwischen dem Temperatursensor beziehungsweise der Leiterplatte und dem Pin beziehungsweise der Metallfeder, welche beide das Hochvolt-Potential aufweisen können. Das Wärmeleitpad ist auf ein ausreichendes Maß vergrößert. Bei DC-Pins für CCS-Ladedosen kann beispielsweise ein Mindestabstand von 5 Millimetern eingehalten werden
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Damit die Metallfeder bei der Montage in Position bleibt und auch danach beispielsweise bei Erschütterungen an ihrem Platz bleibt, können geeignete Haltenasen zur Fixierung der Metallfeder vorgesehen werden.
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Damit der Wärmestrom von der Metallfeder ins Gehäuse möglichst gering ist, ist es vorteilhaft, wenn die Metallfeder nicht komplett auf dem Gehäuse aufliegt, sondern weitestgehend durch einen Luftspalt von diesem thermisch isoliert wird. Die konvektiven Wärmeverluste sind in der Ladedose gegenüber der Wärmeleitung über physischen Kontakt vernachlässigbar. Durch den Luftspalt wird auch die Dynamik der Temperaturmessung verbessert.
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Der Teil der Metallfeder, der am Pin anliegt, kann der Außenkontur des Pins folgen und damit eine möglichst große radiale Auflagefläche aufweisen. Dadurch wird der Wärmestrom vom Pin in die Metallfeder maximiert und die Genauigkeit der Temperaturmessung wird verbessert.
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Zur Sicherstellung der elektrischen Isolierung zwischen Metallfeder und Sensor kann das Wärmeleitpad entsprechend seiner Materialeigenschaften ausreichend dick dimensioniert werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Seite des Wärmeleitpads mit einer elektrisch isolierenden Folie, wie Kapton®-Polyimid-Folie versehen sein. Die Folie ist dabei vorzugsweise auf der Seite, welche der Metallfeder zugewandt ist, angeordnet.
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Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft gewählt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ladestecker
- 102
- Kontaktelement
- 104
- Aufnahme
- 106
- Steckergehäuse
- 108
- Steckkontur
- 110
- Rückseite
- 112
- Temperatursensor
- 114
- Wärmeleitfeder
- 116
- Isolator
- 118
- Wärmeleitpaste
- 120
- Wärmeleitpad
- 122
- Isolierfolie
- 124
- Leiterplatte
- 126
- Spalt
- 128
- Übertragungsbereich
- 130
- Kontaktbereich
- 132
- Isoliereinrichtung, Tasche
- 200
- Einführschräge
- 202
- Stützkante
- 204
- Haltenase
- 300
- Wärmeübergangsfläche
