DE102019117648A1

DE102019117648A1 - Temperaturüberwachtes Ladesteckverbinderteil

Info

Publication number: DE102019117648A1
Application number: DE102019117648.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Führer
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2021-01-07
Also published as: EP3994026A1; CN114128076A; WO2021001183A1; US20220376525A1

Abstract

Ein Steckverbinderteil (1) zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil (3) umfasst zumindest einen Lastkontakt (10A, 10B) und zumindest einen Temperatursensor (11A, 11B) zum Erfassen einer Temperatur des Lastkontakts (10A, 10B). Dabei ist eine Auswerteeinheit (12) vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors (11A, 11B) und zumindest einen Wert eines Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderteil zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil nach Anspruch 1, eine Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs, eine Elektronikbaugruppe und ein Steckverbindersystem.
Insbesondere im Bereich der E-Mobilität bestehen für Steckverbinderteile und damit verbundene Ladekabel besonders hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer funktionalen Leistungsfähigkeit, Stabilität und Sicherheit. Um Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen in möglichst kurzer Zeit zu laden, werden zum Teil Gleichströme von bis zu 500 A übertragen.
Bei einem mehrjährigen Gebrauch eines Steckverbinderteils mit gegebenenfalls mehreren Tausend Ladezyklen und insbesondere durch Umwelteinflüsse kann es zu einem Verschleiß oder zu Beschädigungen des Steckverbinderteils oder eines passenden Gegensteckverbinderteils kommen. Hierdurch kann es z.B. zwischen Lastkontakten des Steckverbinderteils und des Gegensteckverbinderteils zu erhöhten Übergangswiderständen kommen. Bei hohen Ladeströmen können solche Übergangswiderstände zu einer starken Erwärmung führen, welche wiederum eine Beschädigung oder sogar einen Ausfall des Steckverbinderteils bewirken kann.
Um derartige Folgen von Übergangswiderständen zu vermeiden, können Steckverbinderteile mit einer Temperaturüberwachung ausgestattet werden, um bei einer unzulässigen Erwärmung den Ladevorgang abzubrechen, bevor es zu einer Beschädigung kommt.
Die DE 10 2014 111 185 A1 beschreibt ein Steckverbinderteil zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil und mit einer Temperatursensoreinrichtung zum Erfassen einer Erwärmung an dem Steckverbinderteil, wobei die Temperatursensoreinrichtung mindestens ein Sensorelement aufweist, das ausgebildet ist, eine von dem mindestens einen elektrischen Kontaktelement abgestrahlte Infrarotstrahlung zu detektieren. Hierdurch können besonders zügig Gegenmaßnahmen, beispielsweise eine Abschaltung eines Ladestroms, bewirkt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst präzise Überwachung des Zustands eines Steckverbinderteils zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach wird ein Steckverbinderteil zur elektrischen Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil bereitgestellt, das einen Lastkontakt (oder mehrere Lastkontakte), einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Lastkontakts (oder mehrere Temperatursensoren) und eine Auswerteeinheit umfasst. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors und zumindest einen Wert eines Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (oder Stromfluss-Parameter) zu erfassen.
Das basiert auf der Erkenntnis, dass besonders präzise Aussagen zum Zustand des Steckverbinderteils möglich sind, wenn zusätzlich zur Temperatur eines Lastkontakts auch der Stromfluss betrachtet wird.
Das Steckverbinderteil umfasst ferner z.B. eine Strommesseinrichtung zur Messung einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt fließenden elektrischen Stroms (z.B. ein Ladestrom) als Stromfluss-Parameter. Bestimmte Temperaturen können bei bestimmten Stromstärken unbedenklich sein, bei anderen Stromstärken aber auf einen zu hohen Übergangswiderstand hinweisen. Beispielsweise kann eine hohe, aber noch akzeptable Temperatur bei einer hohen Stromstärke im normalen Bereich liegen, aber bei einer vergleichsweise niedrigen Stromstärke ein Problem aufzeigen. Somit ist es möglich, Probleme bereits frühzeitig zu erkennen, bevor z.B. ein kritischer Temperaturschwellenwert erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich erhält die Auswerteeinheit des Steckverbinders den Ladestrom, der in der Regel von einer Ladestation, z.B. Ladesäule, geregelt wird, und/oder einen anderen Stromfluss-Parameter von der Ladestation, beispielsweise von einer Elektronik in der Ladestation. Die Auswerteeinheit umfasst hierzu optional eine Kommunikationsschnittstelle.
Die Auswerteeinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, eine Dauer eines Stromflusses als Stromfluss-Parameter zu bestimmen. Hierzu misst sie z.B. die Dauer einer von Null verschiedenen Stromstärke. Wird ein bestimmter Temperaturwert bereits nach einer vergleichsweise kurzen Dauer erreicht, kann z.B. auf einen zu hohen Übergangswiderstand geschlossen werden, noch bevor deutlich höhere Temperaturen erreicht werden.
Optional ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, (zumindest) anhand des zumindest einen Sensorwerts des Temperatursensors und des zumindest einen Werts des Stromfluss-Parameters einen Performance-Parameter zu ermitteln. Der Performance-Parameter ist z.B. indikativ für eine Leistungsfähigkeit des Steckverbinderteils. Der Performance-Parameter erlaubt eine besonders einfache Aussage zum Zustand des Steckverbinderteils.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Auswerteeinheit einen Speicher und/oder einen Prozessor. Auf dem Speicher ist zumindest ein Vergleichswert gespeichert. Der Prozessor dient z.B. zum Vergleichen des Performance-Parameters mit dem Vergleichswert. Der Vergleichswert kann z.B. den Performance-Parameter für den Neuzustand des Steckverbinderteils angeben.
Optional ist die die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, basierend auf dem zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors und dem zumindest einen Stromfluss-Parameter (und/oder anhand des daraus ermittelten Performance-Parameters) ein Steuersignal zum Absenken einer Stromstärke eines durch die Lastkontakte übertragenen elektrischen Stroms und/oder zum Unterbrechen des durch die Lastkontakte übertragenen elektrischen Stroms auszugeben.
Das Steckverbinderteil kann zumindest zwei Lastkontakte umfassen. Optional umfasst das Steckverbinderteil je Lastkontakt zumindest einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des entsprechenden Lastkontakts. Das ermöglicht es, schnell zu erkennen, wenn bei einem beliebigen der Lastkontakte eine starke Erwärmung auftritt.
Ferner kann das Steckverbinderteil einen Temperatursensor umfassen, der zum Erfassen einer Umgebungstemperatur angeordnet und eingerichtet ist.
Optional ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, anhand der Temperatur des Lastkontakts und der Umgebungstemperatur eine relative Lastkontakt-Temperatur zu berechnen, z.B. durch eine Differenzbildung der (absoluten) Temperatur des Lastkontakts abzüglich der Umgebungstemperatur. Hierdurch kann eine Verfälschung der Lastkontakt-Temperatur durch z.B. besonders hohe oder tiefe Umgebungstemperaturen ausgeglichen werden.
Das Steckverbinderteil umfasst optional einen Griff. Am Griff ist das Steckverbinderteil manuell bedienbar, insbesondere an das Gegensteckverbinderteil steckbar und davon abziehbar. Der Temperatursensor zum Erfassen der Umgebungstemperatur ist optional am Griff angeordnet.
Bei dem Steckverbinderteil kann es sich um ein Hochstrom- und/oder Hochspannungs-Steckverbinderteil handeln. Beispielsweise ist das Steckverbinderteil dazu ausgebildet, elektrische Ströme mit einer Leistung von 10 kW oder mehr zu leiten, insbesondere von 50 kW oder mehr, 135 kW oder mehr, oder 350 kW oder mehr. Alternativ oder zusätzlich ist das Steckverbinderteil dazu ausgebildet, elektrische Ströme mit Stromstärken von 100 A oder mehr, insbesondere von 200 A oder mehr, insbesondere von 300 A oder mehr, insbesondere von 500 A oder mehr zu leiten.
Gemäß einem Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Die Ladestation umfasst zumindest ein Steckverbinderteil nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung. Die Ladestation ist z.B. an ein Stromnetz angeschlossen.
Gemäß einem Aspekt wird eine Elektronikbaugruppe für das Steckverbinderteil nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung bereitgestellt, umfassend den zumindest einen Temperatursensor die Auswerteeinheit und die Strommesseinrichtung zur Messung der Stromstärke eines durch den Lastkontakt des Steckverbinderteils fließenden elektrischen Stroms.
Gemäß einem Aspekt wird ein Steckverbindersystem bereitgestellt, mit einem Steckverbinderteil mit einem oder zwei Lastkontakten, einem oder mehreren Temperatursensoren, einer Strommesseinrichtung zum Erfassen einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt fließenden elektrischen Stroms und einer Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors, zumindest einen Wert für die Stromstärke von der Strommesseinrichtung und die Dauer eines elektrischen Stromflusses durch die Lastkontakte zu erfassen, basierend auf den erfassten Werten einen Vergleich mit zumindest einem Vergleichswert durchzuführen, und basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs ein Steuersignal zu erzeugen. Der Sensorwert der Temperatur kann dabei relativ zur Umgebungstemperatur bestimmt werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Ansicht einer Ladestation mit einem daran angeordneten Kabel und einem Steckverbinderteil und eines Fahrzeugs mit einem Gegensteckverbinderteil;
2 und 3 Ansichten des Steckverbinderteils gemäß 1; und
4 bis 7 Teile des Steckverbinderteils gemäß 2 und 3 in verschiedenen Ansichten.

1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 5 in Form eines Elektrofahrzeugs, mit einer mehrfach aufladbaren Batterie 51 und einer Ladeeinrichtung 50. Das Fahrzeug 5 weist einen oder mehrere Elektromotoren auf, welche durch Strom von der Batterie 51 angetrieben werden können. Zum Be- und/oder Entladen der Batterie 51 ist ein Steckverbinder zum Anschluss des Fahrzeugs 5 an eine Ladestation 3 vorgesehen.
Der Steckverbinder umfasst zwei zueinander passende und lösbar miteinander elektrisch verbindbare Steckverbinderteile 1, 4, von denen jedes als Gegensteckverbinderteil des jeweils anderen Steckverbinderteils dient. Eines der Steckverbinderteile 1, 4 ist fest mit einem Kabel 2 verbunden, welches das Steckverbinderteil 1 mit der Ladestation 3 verbindet (hier fest, alternativ über einen weiteren Steckverbinder). Das andere der beiden Steckverbinderteile 1, 4 ist fest am Fahrzeug 5 montiert und wird nachfolgend als Gegensteckverbinderteil 4 bezeichnet.
Die Ladestation 3 ist dazu ausgebildet, einen Ladestrom zum Aufladen des Fahrzeugs 5 bereitzustellen. Die Ladestation 3 ist vorliegend dazu ausgestaltet, einen Ladestrom in Form eines Gleichstroms (alternativ oder zusätzlich eines Wechselstroms) zur Verfügung zu stellen. Im gezeigten Beispiel ist die Ladestation 3 eine Hochleistungsladestation, die Ladeströme mit einer Stromstärke von über 100 A, vorliegend von 500 A, bereitstellen kann.
Die 2 und 3 zeigen das Steckverbinderteil 1 der Ladestation 3 in verschiedenen Ansichten. Das Steckverbinderteil 1 ist vorliegend gemäß dem Standard des CCS (Combined Charging System) Typ 2 ausgebildet.
Das Steckverbinderteil 1 umfasst zwei Lastkontakte 10A, 10B zur Übertragung eines Gleichstroms. Die Lastkontakte 10A, 10B sind jeweils zur elektrischen Kontaktierung eines entsprechenden Gegenkontakts des Gegensteckverbinderteils 4 ausgebildet (vorliegend zur Aufnahme eines Kontaktstifts). Ferner umfasst das Steckverbinderteil 1 einen Schutzleiterkontakt 16 (PE-Kontakt) sowie weitere Kontakte 17, z.B. zur Datenübertragung.
Das Steckverbinderteil 1 umfasst ein Gehäuse 15 mit Gehäuseschalen 152A, 152B und einem Steckabschnitt 151. Der Steckabschnitt 151 trägt die Lastkontakte 10A, 10B, den Schutzleiterkontakt 16 und die weiteren Kontakte 17. Der Steckabschnitt 151 ist zwischen den Gehäuseschalen 152A, 152B gehalten.
Das Gehäuse 15, konkret die Gehäuseschalen 152A, 152B bilden einen Griff 150 aus, an welchem das Steckverbinderteil 1 durch einen Benutzer gegriffen werden und auf das Gegensteckverbinderteil 4 gesteckt oder davon abgezogen werden kann.
Mit dem Steckverbinderteil 1 ist das Kabel 2 verbunden. Das Kabel 2 umfasst für jeden der Lastkontakte 10A, 10B, den Schutzleiterkontakt 16 und die weiteren Kontakte 17 einen entsprechenden Leiter.
Über die Lastkontakte 10A, 10B können elektrische Ströme mit mehreren Hundert Ampere an das Gegensteckverbinderteil 4 übertragen werden. Existiert während der Stromübertragung ein zu großer Übergangswiderstand zwischen zumindest einem der Lastkontakte 10A, 10B und einem entsprechenden Gegenkontakt des Gegensteckverbinderteils 4, dann kann sich der Lastkontakt 10A, 10B infolgedessen erwärmen. Ein solcher Übergangswiderstand ist z.B. die Folge einer verschlissenen Kontaktkontur von einem oder beiden Lastkontakten 10A, 10B, einer Verschmutzung oder einer Korrosion.
Erwärmt sich der Lastkontakt 10A, 10B oder erwärmen sich beide Lastkontakte 10A, 10B zu stark, kann das das Steckverbinderteil 1 und/oder das Gegensteckverbinderteil 4 beschädigen oder sogar eine Gefahr für den Benutzer darstellen.
Insbesondere anhand der 4 bis 7, welche weitere Komponenten des Steckverbinderteils 1 zeigen, ist ersichtlich, dass das Steckverbinderteil 1 zumindest einem Temperatursensor 11A, 11B zum Erfassen einer Temperatur von zumindest einem Lastkontakt 10A, 10B und eine Auswerteeinheit 12 umfasst. Die Auswerteeinheit 12 ist dazu eingerichtet, zumindest einen Sensorwert des zumindest einen Temperatursensors 11A, 11B und zumindest einen Wert eines Stromfluss-Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt 10A, 10B zu erfassen. Das ermöglicht besonders präzise Aussagen zum aktuellen Zustand des Steckverbinderteils 1. Vorliegend handelt es sich bei der Auswerteeinheit 12 um eine Auswerteelektronik.
Im gezeigten Beispiel umfasst das Steckverbinderteil 1 jeweils einen Temperatursensor 11A, 11B zum Erfassen der Temperatur von jeweils einem der beiden Lastkontakte 10A, 10B. Hierzu ist jeder der Temperatursensoren 11A, 11B benachbart zu (vorliegend in Berührung mit) einem der beiden Lastkontakte 10A, 10B angeordnet. Die Temperatursensoren sind jeweils z.B. als temperaturabhängiger Widerstand oder als Infrarotsensor ausgebildet. Die Auswerteeinheit 12 ist dazu eingerichtet, Sensorwerte von beiden Temperatursensoren 11A, 11B der Lastkontakte 10A, 10B zu erhalten.
Zusätzlich zu den Temperatursensoren 11A, 11B zur Messung der Temperaturen der Lastkontakte 10A, 10B umfasst das Steckverbinderteil 1 einen Temperatursensor 11C zur Messung einer Umgebungstemperatur. Der Temperatursensor 11C zur Messung der Umgebungstemperatur ist an einer Außenwand des Gehäuses 15 montiert, vorliegend in einer Ausnehmung zwischen den Gehäuseschalen 152A, 152B. Um möglichst wenig durch eine Erwärmung der Lastkontakte 10A, 10B beeinflusst zu werden, ist der Temperatursensor 11C für die Umgebungstemperatur (möglichst weit) beabstandet von den Lastkontakten 10A, 10B angeordnet, hier beispielhaft im Bereich des Griffs 150 und vorliegend an der Gehäuseoberseite. Der Temperatursensor 11C für die Umgebungstemperatur ist ferner so angeordnet, dass er eine gute thermische Verbindung zur Umgebung aufweist.
Die Auswerteeinheit 12 ist dazu eingerichtet, aus den Sensorwerten der Temperatursensoren 11A, 11B der Lastkontakte 10A, 10B und aus Sensorwerten des Temperatursensors 11C relative Temperaturen der Lastkontakte 11A, 11B zu bestimmen, z.B. durch eine Differenzbildung. So kann ein Einfluss der Umgebungstemperatur auf die gemessenen Temperaturen der Lastkontakte 10A, 10B korrigiert werden.
Das Steckverbinderteil 1 umfasst eine Leiterplatte 13. Der Temperatursensor 11C für die Umgebungstemperatur ist über eine Anschlussleitung 122 an die Leiterplatte 13 und darüber an die Auswerteeinheit 12 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 12 ist vorliegend in Form eines Elektronik-Bausteins ausgebildet, der an die Leiterplatte 13 angeschlossen ist. Die Leiterplatte 13 weist für jeden Lastkontakt 10A, 10B eine Ausnehmung 130 auf. In den Ausnehmungen 130 sind die Lastkontakte 10A, 10B (zumindest) teilweise aufgenommen.
Die Lastkontakte 10A, 10B geben eine Steckrichtung vor, entlang derer das Steckverbinderteil 1 in oder auf das Gegensteckverbinderteil 4 steckbar ist. Die Leiterplatte 13 ist eben und senkrecht zur Steckrichtung ausgerichtet.
Wie anhand der 4 bis 7 zu erkennen ist, sind die Lastkontakte 10A, 10B jeweils an eine Leitung 20A, 20B (konkret jeweils eine Gleichstromleitung) des Kabels 2 angeschlossen.
Die gezeigte Auswerteeinheit 12 erfasst mehrere Stromfluss-Parameter. Im vorliegenden Beispiel erfasst die Auswerteeinheit 12 Stromstärken von durch die beiden Lastkontakte 10A, 10B (alternativ von nur einem) fließendem elektrischem Strom, sowie die Dauer des Stromflusses.
Zur Messung der Stromstärke durch jeden der Lastkontakte 10A, 10B umfasst das Steckverbinderteil 1 eine Strommesseinrichtung 14. Die Strommesseinrichtung 14 ist im Gehäuse 15 angeordnet. Vorliegend weist die Strommesseinrichtung 14 zwei Magnetfeldsensoren 140A, 140B auf. Jeder der Magnetfeldsensoren 140A, 140B ist benachbart zu einem der Lastkontakte 10A, 10B angeordnet, um (indirekt und berührungsfrei) das Magnetfeld der stromdurchflossenen Laststrompfade erfassen, woraus auf die jeweilige Stromstärke geschlossen werden kann. Um möglichst wenig durch den jeweils anderen Lastkontakt 10A, 10B beeinflusst zu werden, sind die Magnetfeldsensoren 140A, 140B der Lastkontakte 10A, 10B jeweils an der Seite des entsprechenden Lastkontakts 10A, 10B angeordnet, die dem anderen Lastkontakt 10A, 10B abgewandt ist. Das wird in besonders einfacher Weise durch die Aufnahme der Lastkontakte 10A, 10B in den Ausnehmungen 130 der Leiterplatte 13 ermöglicht.
Die Dauer des Stromflusses erfasst die Auswerteeinheit 12 z.B., indem sie ermittelt, wie lange eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende, z.B. eine von Null verschiedene, Stromstärke (ohne Unterbrechung oder mit Unterbrechungen unterhalb einer vorgegebenen Dauer) mittels der Strommesseinrichtung 14 erfasst wird.
Die Auswerteeinheit 12 erlaubt durch Erfassen der relativen Temperaturen der Lastkontakte 10A, 10B und zumindest eines Stromfluss-Parameters besonders präzise Aussagen zum Zustand des Steckverbinderteils 1. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 12 erkennen, dass bei einem vergleichsweise niedrigen Ladestrom bereits nach einer kurzen Zeit eine vergleichsweise hohe relative Temperatur von einem oder beiden Lastkontakten 10A, 10B auftritt. Die Auswerteeinheit 12 kann dann z.B. erkennen, dass offenbar ein zu großer Übergangswiderstand vorliegt, und zwar noch bevor die Temperatur weiter ansteigt. So kann eine weitere Verschlechterung des Zustands des Steckverbinderteils 1 und ggf. auch des Gegensteckverbinderteils 4 rechtzeitig verhindert werden.
Die Auswerteeinheit 12 ist dazu ausgebildet, Steuersignale auszugeben, z.B. an die Ladestation 3, z.B. zum Absenken oder Abschalten des Ladestroms für den Fall, dass ein für einen bestimmten Ladestrom nicht ausreichender Zustand des Steckverbinderteils 1 vorliegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit 12 bei Erkennen einer zu hohen Temperatur eine normative Kommunikation mit der Ladestation 3 abbrechen, um so die Ladestation 3 möglichst schnell zu einem Abschalten zu veranlassen.
Die Auswerteeinheit 12 umfasst einen Prozessor 120 und einen Speicher 121. Beispielsweise handelt es sich bei der Auswerteeinheit 12 um einen Mikrokontroller mit Datenspeicher. Auf dem Speicher 121 sind z.B. Vergleichswerte und/oder Schwellenwerte gespeichert, welche der Prozessor 120 auslesen kann, um sie mit einem oder mehreren Messwerten zu vergleichen.
Ferner ist die Auswerteeinheit 12 dazu ausgebildet, aus den gemessenen Größen von Zeit (Dauer des Stromflusses), Stromstärke und Temperatur (relativer Temperatur der Lastkontakte 10A, 10B) einen Performance-Parameter zu errechnen. Der Performance-Parameter ist z.B. indikativ für eine Leistungsfähigkeit und/oder einen Zustand des Steckverbinderteils 1. Vorliegend beschreibt der Performance-Parameter das Erwärmungsverhalten während eines Ladevorgangs. Bei dem Performance-Parameter kann es sich z.B. um den relativen Temperaturanstieg pro Zeiteinheit des Ladevorgangs handeln. Optional berücksichtigt der Performance-Parameter zusätzlich einen zeitlichen Abstand zu einem vorhergehenden Ladevorgang. Die Auswerteeinheit 12 kann ausgebildet sein, die Dauer zwischen dem Anfang des aktuellen Ladevorgangs und dem Ende des vorangehenden Ladevorgangs zu ermitteln (und in die Bestimmung des Performance-Parameters einzubeziehen). So kann eine noch nicht ganz abgeklungene Erwärmung durch den vorhergehenden Ladevorgang berücksichtigt werden. Beispielsweise zeigt der erste Ladevorgang nach einer kalten Nacht ein anderes Temperaturprofil, wie z.B. der fünfte.
Die Auswerteeinheit 12 vergleicht den ermittelten Performance-Parameter mit Vorgabewerten im Speicher 121. Bei einer Verschlechterung des Parameters errechnet die Auswerteeinheit 12 eine Korrekturmaßnahme (z.B. Absenkung der Stromstärke um einen dem Performance-Parameter entsprechenden Betrag oder Abschaltung) und teilt diese der Ladestation 3 mit. Die im Speicher 121 gespeicherten Vorgabewerte entsprechen z.B. dem Performance-Parameter des Steckverbinderteils 1 im Neuzustand oder Idealzustand.
Zusätzlich zu einem einzelnen Performance-Parameter kann auch ein Parameterverlauf durch die Auswerteeinheit 12 ermittelbar und mit einem im Speicher 121 gespeicherten Vergleichsverlauf vergleichbar sein.
Optional wird der Performance-Parameter (durch die Auswerteeinheit 12 oder die Ladestation 3) z.B. telemetrisch weitergeleitet, so dass eine zentrale Überwachung vieler Ladevorrichtungen in dieser Hinsicht möglich wird.
Da in Ladesteckverbinderteilen in vielen Fällen bereits eine Elektronik vorgesehen ist, ist eine Ergänzung um die Temperatursensoren 11A-11C, die Strommesseinrichtung 14 und die Auswerteeinheit 12 besonders einfach umzusetzen. Alternativ werden (bis auf die Temperaturen der Lastkontakte 10A, 10B) alle anderen Messgrößen durch die Ladestation 3 erfasst (als Steckverbindersystem).
Mit der Auswerteeinheit 12 ist es somit möglich, die Performance des Steckverbinderteils 1 aktiv und besonders präzise zu überwachen.
Die Temperatursensoren 11A-11C, die Auswerteeinheit 12, die Leiterplatte 13 und die Strommesseinrichtung 14 bilden vorliegend eine Elektronikbaugruppe.
Bei dem Steckverbinderteil 1 handelt es sich somit um ein Ladesteckverbinderteil, das seine Leistungsfähigkeit (im Sinne der Stromtragfähigkeit) selbsttätig überwacht. Hierzu werden Ladestrom und -dauer gemessen, sowie die relative Temperaturerhöhung der Lastkontakte 10A, 10B zur Umgebung. Das Verhältnis von zwei der Größen (z.B. Ladestrom und relative Temperaturerhöhung) wird intern in den Performance-Parameter umgerechnet. Dieser wird mit den typeigenen Werten im Neuzustand verglichen. Bei Abweichungen oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts errechnet die Elektronik im Ladestecker, welche Maßnahme (z.B. Stromreduzierung oder Abschaltung) seitens der Ladeeinrichtung vorzunehmen ist und löst diese aus. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt z.B. folgende Messgrößen: den Ladestrom, die zeitliche Ladedauer, die Temperatur der Lastkontakte, jeweils separat für beide Strompfade, sowie die Umgebungstemperatur.
Die vorstehende Beschreibung im Zusammenhang mit dem Steckverbinderteil 1 ist lediglich beispielhaft und das Steckverbinderteil 1 könnte insbesondere auch in Form des korrespondierenden Gegensteckverbinderteils 4 ausgebildet sein, also anstelle eines Griffs am Fahrzeug 5 montiert oder montierbar.
Gemäß einer Alternative wird ein Sensorsystem bereitgestellt, bei dem die Auswerteeinheit 12 und die Strommesseinrichtung 14 an der Ladestation 3 angeordnet sind und Auswerteeinheit 12 die Sensorwerte der Temperatursensoren 11A-11C z.B. drahtlos oder über das Kabel 2 empfängt.
Bezugszeichenliste

1: Steckverbinderteil
10A, 10B: Lastkontakt
11A-11C: Temperatursensor
12: Auswerteeinheit
120: Prozessor
121: Speicher
122: Anschlussleitung
13: Leiterplatte
130: Ausnehmung
14: Strommesseinrichtung
140A, 140B: Magnetfeldsensor
15: Gehäuse
150: Griff
151: Steckabschnitt
152A, 152B: Gehäuseschale
16: Schutzleiterkontakt
17: Kontakt
2: Kabel
20A, 20B: Leitung
3: Ladestation
4: Gegensteckverbinderteil
5: Fahrzeug
50: Ladeeinrichtung
51: Batterie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014111185 A1 [0005]

Claims

Steckverbinderteil (1) zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil (3), mit zumindest einem Lastkontakt (10A, 10B) und zumindest einem Temperatursensor (11A, 11B) zum Erfassen einer Temperatur des Lastkontakts (10A, 10B), gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (12), die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors (11A, 11B) und zumindest einen Wert eines Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) zu erfassen.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Strommesseinrichtung (14) zur Messung einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt (10A, 10B) fließenden elektrischen Stroms als Parameter in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B).
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu eingerichtet ist, eine Dauer eines Stromflusses als Parameter in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) zu bestimmen.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu ausgebildet ist, anhand des zumindest einen Sensorwerts des Temperatursensors (11A-11C) und des zumindest einen Werts des Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) einen Performance-Parameter zu ermitteln.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) einen Speicher (121) umfasst, auf welchem zumindest ein Vergleichswert gespeichert ist, und einen Prozessor (120) zum Vergleichen des Performance-Parameters mit dem Vergleichswert.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors (11A, 11B) und dem zumindest einen Parameter in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) ein Steuersignal zum Absenken einer Stromstärke eines durch die Lastkontakte (10A, 10B) übertragenen elektrischen Stroms auszugeben.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Lastkontakte (10A, 10B) und für jeden der Lastkontakte (10A, 10B) einen Temperatursensor (11A, 11B) zum Erfassen einer Temperatur des jeweiligen Lastkontakts (10A, 10B).
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (11C) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu eingerichtet ist, anhand der Temperatur des Lastkontakts (10A, 10B) und der Umgebungstemperatur eine relative Lastkontakt-Temperatur zu berechnen.
Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen Griff (150), wobei der Temperatursensor (11C) zum Erfassen der Umgebungstemperatur am Griff angeordnet ist.
Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (1) dazu ausgebildet ist, elektrische Ströme von 200 A oder mehr zu leiten.
Ladestation (3) zum Laden eines Elektrofahrzeugs (5), umfassend ein Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektronikbaugruppe für das Steckverbinderteil (1) nach einem der Ansprüche 1-11, umfassend den zumindest einen Temperatursensor (11A, 11B), die Auswerteeinheit (12) und eine Strommesseinrichtung (14) zur Messung einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt (10A, 10B) des Steckverbinderteils (1) fließenden elektrischen Stroms.
Steckverbindersystem, mit - einem Steckverbinderteil (1) mit zumindest einem Lastkontakt (10A, 10B), - zumindest einem Temperatursensor (11A-11C), - einer Strommesseinrichtung (14) zum Erfassen einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt (10A, 10B) fließenden elektrischen Stroms und - einer Auswerteeinheit (12), die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors (11A-11C), zumindest einen Wert für die Stromstärke von der Strommesseinrichtung (14) und die Dauer eines elektrischen Stromflusses durch die Lastkontakte (10A, 10B) zu erfassen, basierend auf den erfassten Werten einen Vergleich mit zumindest einem Vergleichswert durchzuführen, und basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs ein Steuersignal zu erzeugen.