DE102019129172A1 - Device for temperature monitoring of a power transmission path from an energy source to an energy sink - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung (1) zur Temperaturüberwachung einer Leistungsübertragungsstrecke (10) von einer Energiequelle zu einer Energiesenke, umfassend eine elektrische Leitung (10), die sich von einem Leitungsanfang (11) zur einem Leitungsende (12) erstreckt, wobei parallel zum Verlauf der elektrischen Leitung (10) eine Sensorstrecke (20) vorgesehen ist, und zwischen der Leitung (10) und der Sensorstrecke (20) eine thermische Kopplung vorgesehen ist, so dass eine lokale Temperaturänderung an der Leitung (10) eine Temperaturänderung an der Sensorstrecke (20) bewirkt.The invention relates to a method and a device (1) for monitoring the temperature of a power transmission path (10) from an energy source to an energy sink, comprising an electrical line (10) extending from a line beginning (11) to a line end (12), wherein a sensor path (20) is provided parallel to the course of the electrical line (10), and a thermal coupling is provided between the line (10) and the sensor path (20) so that a local temperature change on the line (10) results in a temperature change the sensor path (20) causes.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Temperaturüberwachung einer Leistungsübertragungsstrecke von einer Energiequelle zu einer Energiesenke, insbesondere ein Leistungsbordnetz in einem Fahrzeug, bei dem ein Monitoring der Leistungsübertragungsstrecke zwischen dem Energiespeicher und einem Verbraucher erfolgt.The invention relates to a device for monitoring the temperature of a power transmission path from an energy source to an energy sink, in particular an on-board power supply system in a vehicle, in which the power transmission path between the energy store and a consumer is monitored.
Technischer HintergrundTechnical background
Aus dem Stand der Technik sind Temperaturüberwachungen einer Leistungsübertragungsstrecke von einer Energiequelle zu einer Energiesenke bekannt, die sich aber ganz überwiegend nicht für Fahrzeugbordnetze eignen. Ferner besteht ein Bedürfnis danach, die Leistungsübertragungsstrecke flexibel konfigurieren zu können. Wir ein typisches Power-Kabel als Kabelsatz dazu verwendet, so muss dessen Konzeption so sein, dass es universell ausgebildet ist, um den unterschiedlichsten Anwendungen und Fahrzeugtypen gerecht zu werden.Temperature monitors of a power transmission path from an energy source to an energy sink are known from the prior art, but these are largely unsuitable for vehicle electrical systems. Furthermore, there is a need to be able to flexibly configure the power transmission link. If a typical power cable is used as a cable set, its design must be such that it is designed to be universal in order to cope with the most varied of applications and vehicle types.
Aus dem Bereich der Ladesystem mit Steckverbindern bzw. Ladestecker für elektrisch antreibbare Fahrzeuge sind Konzepte bekannt, die zur Verbindung mit einer korrespondierenden und beispielsweise als Ladebuchse ausgebildeten Verbindungsvorrichtung ausgebildet sind. Diesbezüglich wird auf den in der
Um ein Überhitzen zu detektieren und zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Steckverbinder mit Temperatursensoren zu versehen. Diese überwachen die Temperatur des Steckverbinders. Sobald die Temperatur einen definierten Grenzwert überschreitet, wird mittels einer Überwachungselektronik durch Ausgabe eines Steuersignals oder mehrerer Steuersignale der Ladevorgang unterbrochen oder der Ladestrom reduziert.In order to detect and avoid overheating, it is known from the prior art to provide the plug connectors with temperature sensors. These monitor the temperature of the connector. As soon as the temperature exceeds a defined limit value, the charging process is interrupted or the charging current is reduced by means of monitoring electronics by outputting a control signal or several control signals.
So beschreibt die
Verschiedenartige Verfahren zur Bestimmung von Temperaturänderungen in Stromzuleitungen sind ebenfalls bekannt, beispielsweise aus der
Bei der bekannten Bestimmung von Temperaturänderungen in Stromzuleitungen ist nachteilig, dass Änderungen der Temperatur mit Hilfe von Sensoren gemessen werden, die an einem ganz bestimmten Ort der Stromzuleitung lokalisiert sind und nur an diesem speziellen Ort die Änderungen der Temperatur erfassen. Wird beispielsweise ein Elektrofahrzeug am öffentlichen Stromnetz über den Hausanschluss geladen, kommt es innerhalb der Stromzuleitungen über einen längeren Zeitraum zu hohen Ladeströmen. Da keine homogene Infrastruktur des privaten Stromnetzes existiert, und Stromzuleitungen sich beispielsweise durch Kabeldurchmesser, Art der Verlegung, Absicherung der Leitungen unterscheiden, kann es bei hohen Strömen in den Stromzuleitungen lokal zu starker Hitzeentwicklung kommen, und es entstehen Brand- und Verletzungsgefahren. Außerdem sind Stromzuleitungen des öffentlichen Stromnetzes häufig innerhalb von Hauswänden verlegt und somit für Messungen durch Sensoren nicht zugänglich. Somit können Temperaturänderungen mittels Sensoren nicht an allen Punkten der Stromzuleitung erfasst werden.In the known determination of temperature changes in power supply lines, it is disadvantageous that changes in temperature are measured with the aid of sensors which are located at a very specific location on the power supply line and only record the changes in temperature at this specific location. If, for example, an electric vehicle is charged on the public power grid via the house connection, high charging currents occur within the power supply lines over a longer period of time. Since there is no homogeneous infrastructure of the private power grid, and power supply lines differ, for example, in terms of cable diameter, type of installation, protection of the lines, high currents in the power supply lines can lead to strong local heat development, and there is a risk of fire and injury. In addition, power lines for the public power grid are often laid within house walls and are therefore not accessible for measurements by sensors. As a result, temperature changes cannot be detected by sensors at all points on the power supply line.
Das gleiche Problem tritt bei den fahrzeuginternen Bordnetzen und Leistungsverbindungen auf. Es besteht demnach ein Bedarf danach eine in der Temperatur überwachbare Leitungsverbindung zu schaffen, die die Grundfunktion der Leistungsübertragung aufweist, sich jedoch auch sensorisch aussatten lässt und eine Überwachung über die gesamte Leitungsstrecke ermöglicht. Derzeit gibt es im Stand der Technik keine befriedigende und kostengünstige sowie universell einsetzbare Lösung hierzu.The same problem occurs with the vehicle's internal electrical systems and power connections. There is accordingly a need to create a line connection that can be monitored in terms of temperature, which has the basic function of power transmission, but can also be equipped with sensors and enables monitoring over the entire line route. There is currently no satisfactory, inexpensive and universally applicable solution for this in the state of the art.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine möglichst universell anwendbare Lösung für eine Leistungsverbindung, insbesondere für HV- und Batterieleitungen sowie Bordnetzleitungen in einem Fahrzeug bereit zu stellen.It is therefore the object of the present invention to overcome the aforementioned disadvantages and to provide a solution that can be used as universally as possible for a power connection, in particular for HV and battery lines as well as on-board power lines in a vehicle.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.These objects are achieved by the combination of features according to
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Vorrichtung bzw. Einrichtung zur Temperaturüberwachung einer Leistungsübertragungsstrecke von einer Energiequelle zu einer Energiesenke, umfassend eine elektrische Leitung vorgesehen, die sich von einem Leitungsanfang zur einem Leitungsende erstreckt, wobei parallel zum Verlauf der elektrischen Leitung eine Sensorstrecke vorgesehen ist, und zwischen der Leitung und der Sensorstrecke eine thermische Kopplung vorgesehen ist, so dass eine lokale Temperaturänderung an der Leitung eine Temperaturänderung an der Sensorstrecke bewirkt.According to the invention for this purpose a device or device for temperature monitoring of a power transmission path from an energy source to an energy sink, comprising an electrical line is provided which extends from a line beginning to a line end, a sensor path being provided parallel to the course of the electrical line, and between the Line and the sensor path, a thermal coupling is provided so that a local temperature change on the line causes a temperature change on the sensor path.
Mit Vorteil ist die Sensorstrecke als röhrenförmiger Kanal in oder entlang der elektrischen Leitung ausgebildet, besonders vorteilhaft ist der Kanal im Inneren ausgebildet und erstreckt sich über die gesamte Leitungslänge.The sensor path is advantageously designed as a tubular channel in or along the electrical line; the channel is particularly advantageously designed in the interior and extends over the entire length of the line.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensorstrecke eine Sensorleitung aufweist. So kann auch ein Sensorkontakt bereit gestellt werden, der z. B. bei einer 2-adrigen Leitung mit einer Kontaktüberwachung Anwendung findet.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the sensor path has a sensor line. In this way, a sensor contact can also be provided, which z. B. is used in a 2-wire line with contact monitoring.
Besonders vorteilhaft ist eine Lösung, bei der die Sensorstrecke als faseroptische Einrichtung, als faseroptische Leitung oder mit faseroptischen Elementen ausgebildet ist. So kann man den sogenannte Raman-Effekt nutzen. Das Licht in der Glasfaser streut an mikroskopisch kleinen Dichteschwankungen, die kleiner als die Wellenlänge sind. In der Rückstreuung findet man neben dem elastischen Streuanteil (Rayleigh-Streuung) auf der gleichen Wellenlänge wie das eingestrahlte Licht auch zusätzliche Komponenten auf anderen Wellenlängen, die mit der Molekülschwingung und somit mit der lokalen Temperatur gekoppelt sind (Raman-Streuung). Der besondere erfinderische Gedanke liegt dabei in der Bereitstellung eines vorkonfektionieren Einrichtung, die mit einem entsprechenden Kanal zur Aufnahme der faseroptischen Mittel ausgebildet ist, um den zuvor genannten Effekt zur Temperaturüberwachung nutzen zu können. Derzeit sind keine Kabelsätze am Markt verfügbar, bei denen ein Kabelkonfektionär auf eine entsprechende Leitung zurückgreifen kann.A solution in which the sensor path is designed as a fiber-optic device, as a fiber-optic line or with fiber-optic elements is particularly advantageous. So you can use the so-called Raman effect. The light in the glass fiber scatters at microscopic density fluctuations that are smaller than the wavelength. In addition to the elastic scattering component (Rayleigh scattering) at the same wavelength as the incident light, the backscattering also contains additional components at other wavelengths that are coupled with the molecular oscillation and thus with the local temperature (Raman scattering). The special inventive idea lies in the provision of a pre-assembled device which is designed with a corresponding channel for receiving the fiber-optic means in order to be able to use the aforementioned effect for temperature monitoring. There are currently no cable sets available on the market for which a cable manufacturer can fall back on a corresponding cable.
In einer somit besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass in dem Sensorkanal eine faseroptische Leitung angeordnet ist oder der Kanal mit faseroptischen Elementen ausgebildet ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is therefore provided that a fiber-optic line is arranged in the sensor channel or the channel is formed with fiber-optic elements.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft dabei das Verfahren zur Herstellung einer solchen Leitung. Im Herstellungsverfahren wird dabei in einem Schritt ein Kanal an oder in der Leitung ausgebildet. In einem späteren Schritt wird in den Kanal wahlweise eine Sensorleitung oder eine faseroptische Einheit oder faseroptisches Kabel eingezogen oder eingeschossen. Another aspect of the present invention relates to the method for producing such a line. In the manufacturing process, a channel is formed on or in the line in one step. In a later step, either a sensor line or a fiber optic unit or fiber optic cable is drawn or shot into the channel.
Alternativ kann die Sensorleitung und/oder die faseroptische Einrichtung auch im Herstellungsverfahren mit der Leitung in den Leitungsmantel extrudiert werden.Alternatively, the sensor line and / or the fiber-optic device can also be extruded with the line into the line sheath in the manufacturing process.
Auf diese Weise lässt sich Meterware oder Rollenware in gewünschter Länge als Halbfabrikat herstellen, so dass für einen Kabel-Konfektionär eine neuartige Leitung zur Leistungsübertragung mit integrierter Temperaturüberwachungseinrichtung verfügbar ist.In this way, goods by the meter or roll goods in the desired length can be produced as a semi-finished product, so that a new type of cable for power transmission with an integrated temperature monitoring device is available for a cable manufacturer.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leitung Mittel zur Leistungsübertragung hoher Energiedichten aufweist, vorzugsweise zur Leistungsübertragung von elektrischen Leistungen oberhalb von 1 KW, weiter vorzugsweise oberhalb von 5 kW ausgebildet ist.It is particularly advantageous if the line has means for power transmission with high energy densities, preferably for power transmission of electrical powers above 1 KW, more preferably above 5 kW.
Eine ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Leitung zur elektrischen Verbindung ferner endseitig jeweils mit Kontaktelementen ausgestattet ist und zwischen den Kontraktelementen und der Sensorstrecke eine thermische Kopplung zur Erfassung von Temperaturänderungen an den Kontakten hergestellt ist.A likewise preferred embodiment of the invention provides that the line for the electrical connection is also equipped at the end with contact elements and a thermal coupling for detecting temperature changes at the contacts is established between the contact elements and the sensor path.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Leitung zumindest einen elektrisch isolierenden Leitungsmantel umgibt und sich der röhrenförmiger Kanal innerhalb des Leitungsmantels befindet bzw. beim Herstellungsprozess dort eingebracht wird.It is also advantageous if the line surrounds at least one electrically insulating line jacket and the tubular channel is located inside the line jacket or is introduced there during the manufacturing process.
Eine weitere ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Leitung eine geschirmte Leitung ist, bei dem die Mittel zur Leistungsübertragung von einem Schirm umgeben sind.Another, likewise preferred embodiment of the invention provides that the line is a shielded line in which the means for power transmission are surrounded by a screen.
Eine bevorzugte Konzeption sieht vor, dass sich der röhrenförmiger Kanal im Inneren der Leitung befindet und mehrseitig oder allseitig von Mittel zur Leistungsübertragung umgeben ist, wobei die Mittel zur Leistungsübertragung Einzelleitungen, Litzenleitungen oder Leitungsbündel darstellen. Auf diese Weise können die umgebenden Leitungsteile mit etwa gleicher Sensivität überwacht werden.A preferred concept provides that the tubular channel is located inside the line and is surrounded on multiple or all sides by means for power transmission, the means for power transmission being individual lines, stranded lines or bundles of lines. In this way, the surrounding line parts can be monitored with approximately the same sensitivity.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens, lassen sich auch Flachleitungen oder Flachkabel gemäß dem erfindungsgemäßen Konzepts realisieren.On the basis of the method according to the invention, flat lines or flat cables can also be implemented according to the concept according to the invention.
Weiter bevorzugt ist eine Realisierung mit Mittel zur Temperaturerfassung, die zumindest teilweise eine faseroptische Temperaturmessung bereitstellen.Further preferred is a realization with means for temperature detection which at least partially provide a fiber optic temperature measurement.
So kann neben dem Halbzeug auch eine fertig konfektioniertes System, gebildet aus dem Halbzeug und der Sensorik und Überwachungseinrichtung vorgesehen werden.In addition to the semifinished product, a ready-made system, formed from the semifinished product and the sensor and monitoring device, can also be provided.
In einer entsprechend bevorzugten Lösung ist vorgesehen, dass eine Temperaturüberwachungseinrichtung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, eine Temperaturänderung, insbesondere Temperaturerhöhung lokal an einer Position der Leistungsübertragungsstrecke zwischen dem Leitungsanfang und dem Leitungsende als Reaktion auf eine Änderung faseroptischer Eigenschaften oder Beeinflussung von Übertragungseigenschaften eines faseroptischen Materials aufgrund der thermischen Kopplung zu ermitteln.In a correspondingly preferred solution it is provided that a temperature monitoring device is provided which is designed to react to a change in fiber optic properties or an influence on the transmission properties of a fiber optic material due to a temperature change, in particular a temperature increase, locally at a position of the power transmission path between the line start and the line end to determine the thermal coupling.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures.
Es zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
5 drei alternative Lösungskonzepte bei einer Flachleitung und -
6 ein System aufweisend eine Einrichtung zur Temperaturüberwachung.
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1 a first embodiment of the invention; -
2 a second embodiment of the invention; -
3 a third embodiment of the invention; -
4th a fourth embodiment of the invention; -
5 three alternative solution concepts for a flat cable and -
6th a system comprising a device for temperature monitoring.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die
In den
Gezeigt ist in der
Die Leitung
Eine alternative Lösung sieht
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The embodiment of the invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs.
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2020
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Also Published As
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