DE202018002686U1 - Connector for disconnecting and connecting at least one electrical contact for charging a battery unit of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Steckverbinder zum Trennen und Verbinden von zumindest einem elektrischen Kontakt zum Laden einer Akkueinheit eines Kraftfahrzeugs, aufweisend:zumindest ein elektrisch leitendes Kontaktelement (3, 3', 3") mit einem Kontaktbereich (5, 5', 5") an einem ersten Endbereich des elektrisch leitenden Kontaktelements (3, 3', 3") zum lösbaren elektrischen Verbinden mit einem korrespondierenden Kontaktelement, und mit einem Anschlussbereich (7, 7', 7") an einem zweiten Endbereich des elektrisch leitenden Kontaktelements (3, 3', 3") zum Verbinden mit zumindest einem elektrischen Leiter, wobei der zweite Endbereich dem ersten Endbereich gegenüberliegt; undzumindest ein Temperatursensorelement (9, 9', 9") zur Erfassung einer Temperatur des elektrisch leitenden Kontaktelements (3, 3', 3"), wobei das elektrisch leitende Kontaktelement (3, 3', 3") zumindest eine Ausnehmung (11, 11', 11") aufweist, und das Temperatursensorelement (9, 9', 9") in der Ausnehmung (11, 11', 11") zumindest bereichsweise angeordnet ist.Connector for separating and connecting at least one electrical contact for charging a battery unit of a motor vehicle, comprising: at least one electrically conductive contact element (3, 3 ', 3 ") having a contact region (5, 5', 5") at a first end region of the electrically conductive contact element (3, 3 ', 3 ") for releasable electrical connection to a corresponding contact element, and with a connection region (7, 7', 7") at a second end region of the electrically conductive contact element (3, 3 ', 3 "). at least one temperature sensor element (9, 9 ', 9 ") for detecting a temperature of said electrically conductive contact element (3, 3', 3"), said second end region facing said first end region; electrically conductive contact element (3, 3 ', 3 ") has at least one recess (11, 11', 11"), and the temperature sensor element (9, 9 ', 9 ") in the recess (11, 11', 11") at least in certain areas ang is ordered.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steckverbinder zum Trennen und Verbinden von zumindest einem elektrischen Kontakt zum Laden einer Akkueinheit eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Akkueinheit und einem Steckverbinder, sowie eine Ladestation zum Laden einer Akkueinheit eines Kraftfahrzeugs, mit einem Steckverbinder.The present invention relates to a connector for disconnecting and connecting at least one electrical contact for charging a battery unit of a motor vehicle. Furthermore, the present invention relates to a motor vehicle with a battery unit and a connector, and a charging station for charging a battery unit of a motor vehicle, with a connector.
Die Akkueinheit von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug wird üblicherweise über ein Ladekabel geladen. Das Ladekabel kann beispielsweise an eine entsprechende Ladestation oder Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge angeschlossen werden. Damit, beispielsweise, in 20 Minuten eine Akkueinheit oder Batterie mit 50 KW/h aufgeladen werden kann, muss bei Spannungen in einem Bereich von 400 V bis 600 V ein Ladestrom von ungefähr 100 A und mehr fließen. Wegen dieser hohen Ladeströme werden hohe Anforderungen an die elektrischen Steckverbinder, bzw. an den Ladestecker und die Ladebuchse, zum Laden der Akkueinheit, gestellt. Bei einer Verwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Steckverbinder können sich die elektrisch leitenden Kontaktelemente der Steckverbinder auf einen Temperaturwert von 150°C erwärmen. Beim Laden zukünftiger Generationen von Akkueinheiten können sich die elektrisch leitenden Kontaktelemente der Steckverbinder sogar auf Temperaturwerte von 200 bis 220°C erwärmen.The battery unit of an electric or hybrid vehicle is usually charged via a charging cable. The charging cable can be connected, for example, to a corresponding charging station or charging station for electric vehicles. Thus, for example, in 20 minutes a rechargeable battery unit or battery with 50 KW / h can be charged, at voltages in a range of 400 V to 600 V, a charging current of about 100 A and more must flow. Because of these high charging currents, high demands are placed on the electrical plug connectors, or on the charging plug and the charging socket, for charging the battery unit. When using the connectors known from the prior art, the electrically conductive contact elements of the connector can be heated to a temperature value of 150 ° C. When charging future generations of battery units, the electrically conductive contact elements of the connectors can even heat to temperatures of 200 to 220 ° C.
Um eine Überhitzung der Steckverbinder zu verhindern sind aus dem Stand der Technik Steckverbinder mit integrierten Temperatursensorelementen bekannt. Wenn mittels der integrierten Temperatursensorelemente eine drohende Überhitzung des Steckverbinders erkannt wird, kann der Ladestrom entsprechend gedrosselt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden.In order to prevent overheating of the connectors, connectors with integrated temperature sensor elements are known from the prior art. If a threat of overheating of the connector is detected by the integrated temperature sensor elements, the charging current can be throttled accordingly to prevent overheating.
Beispielsweise wird in der
Im Gegensatz zu dem in der
Weiterhin beschreiben die Dokumente
Allerdings haben die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen den Nachteil, dass die Temperatur nicht am Ort der Entstehung, nämlich der eigentlichen Kontaktstelle an dem elektrisch leitenden Kontaktelement gemessen wird, sondern an Stellen in einem Ladestecker, die entfernt von der eigentlichen Kontaktstelle liegen. Durch die hierdurch entstehenden Wärmebrücken kann es zu einem verzögerten Ansprechen des Temperatursensorelements bei einer Überhitzung des Steckverbinders führen. Dies kann zu einer Schädigung des Steckverbinders, des Fahrzeugs oder der Ladestation führen. Weiterhin führen die verwendeten Zuleitungen aus wärmeleitfähigem Kupfer die Wärme von dem Temperatursensorelement ab und können somit die Messergebnisse verfälschen.However, the known from the prior art solutions have the disadvantage that the temperature is not measured at the place of origin, namely the actual contact point on the electrically conductive contact element, but at locations in a charging plug, which are located away from the actual contact point. Due to the resulting thermal bridges, it may lead to a delayed response of the temperature sensor element in an overheating of the connector. This can lead to damage to the connector, the vehicle or the charging station. Furthermore, the leads of thermally conductive copper used dissipate the heat from the temperature sensor element and can thus falsify the measurement results.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Steckverbinder zum Trennen und Verbinden von zumindest einem elektrischen Kontakt zum Laden einer Akkueinheit eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.Object of the present invention is therefore to provide an improved connector for disconnecting and connecting at least one electrical contact for charging a battery unit of a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Steckverbinder gemäß des Gegenstands des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a connector according to the subject of
Der erfindungsgemäße Steckverbinder zum Trennen und Verbinden von zumindest einem elektrischen Kontakt zum Laden einer Akkueinheit eines Kraftfahrzeugs weist hierfür folgende Merkmale auf:
- zumindest ein elektrisch leitendes Kontaktelement mit einem Kontaktbereich an einem ersten Endbereich des elektrisch leitenden Kontaktelements zum lösbaren elektrischen Verbinden mit einem korrespondierenden Kontaktelement, und mit einem Anschlussbereich an einem zweiten Endbereich des elektrisch leitenden Kontaktelements zum Verbinden mit zumindest einem elektrischen Leiter, wobei der zweite Endbereich dem ersten Endbereich gegenüberliegt; und
- zumindest ein Temperatursensorelement zur Erfassung einer Temperatur des elektrisch leitenden Kontaktelements, wobei das elektrisch leitende Kontaktelement zumindest eine Ausnehmung aufweist, und das Temperatursensorelement in der Ausnehmung zumindest bereichsweise angeordnet ist.
- at least one electrically conductive contact element having a contact region at a first end region of the electrically conductive contact element for releasably electrically connecting to a corresponding contact element, and having a connection region at a second end region of the electrically conductive contact element for connecting to at least one electrical conductor, wherein the second end region opposite the first end region; and
- at least one temperature sensor element for detecting a temperature of the electrically conductive contact element, wherein the electrically conductive contact element has at least one recess, and the temperature sensor element is disposed in the recess at least partially.
Der Begriff „Steckverbinder“ kann dazu verwendet werden, um einen Stecker oder eine Steckerbuchse an einem Ladekabel oder an einer Ladestation oder an einem Kraftfahrzeug zu bezeichnen mit einem Gehäuse, einem Steckereinsatz zum Halten von elektrisch leitenden Kontaktelementen und mit zumindest einem erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Kontaktelement. Der Begriff „Ausnehmung“ kann verwendet werden, um einen Raum in dem Material des elektrisch leitenden Kontaktelements zu bezeichnen, der freigehalten oder geschaffen wurde für das zumindest bereichsweise Anordnen des Temperatursensorelements in dem Raum.The term "connector" can be used to refer to a plug or a socket on a charging cable or to a charging station or on a motor vehicle with a housing, a plug insert for holding electrically conductive contact elements and at least one inventive electrically conductive contact element. The term "recess" may be used to refer to a space in the material of the electrically conductive contact element that has been left free or created for at least partially locating the temperature sensor element in the space.
Mit der Erfindung ist es erstmalig gelungen einen Steckverbinder mit einer sehr guten thermischen Ankopplung des Temperatursensorelements an das elektrisch leitende Kontaktelement zur Verfügung zu stellen und mit daraus resultierenden schnelleren Ansprechzeiten des Temperatursensorelements.With the invention, for the first time, it has been possible to provide a plug connector with a very good thermal coupling of the temperature sensor element to the electrically conductive contact element and with resulting faster response times of the temperature sensor element.
In einem Beispiel umfasst das Temperatursensorelement einen Thermistor, einen Platin-Messwiderstand, einen Silizium-Messwiderstand, ein pyroelektrisches Material, ein ferromagnetisches Material, und/oder ein faseroptisches Material.In one example, the temperature sensing element comprises a thermistor, a platinum sensing resistor, a silicon sensing resistor, a pyroelectric material, a ferromagnetic material, and / or a fiber optic material.
Vorteilhaft ermöglichen besonders flache und massenarme Temperatursensorelemente eine schnelle Ansprechzeit, eine hohe Messgenauigkeit und das Erhalten von reproduzierbaren Werten.Advantageously, particularly flat and low-mass temperature sensor elements allow a fast response time, high measurement accuracy and obtaining reproducible values.
Deshalb umfasst das Temperatursensorelement in einem Beispiel ein Flip-Chip Messelement, wobei das Flip-Chip Messelement auf einem Träger, insbesondere auf einem Printed Circuit Board, PCB, einer Hochtemperatur Leiterplatte, oder auf einem Lead Frame angeordnet ist.Therefore, in one example, the temperature sensor element comprises a flip-chip measuring element, wherein the flip-chip measuring element is arranged on a carrier, in particular on a printed circuit board, PCB, a high temperature printed circuit board, or on a lead frame.
In einem weiteren Beispiel umfasst die Ausnehmung eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung, wobei die Längsrichtung der Bohrung in einem Winkel von 0° bis 90° zur Längsrichtung des elektrisch leitenden Kontaktelements verläuft.In another example, the recess comprises a substantially cylindrical bore, wherein the longitudinal direction of the bore extends at an angle of 0 ° to 90 ° to the longitudinal direction of the electrically conductive contact element.
Vorteilhaft kann die Ausnehmung in Form einer Bohrung in das Material des elektrisch leitenden Kontaktelements so eingebracht werden, dass die Befestigung des Kontaktelements in dem Steckereinsatz, sowohl als auch die Kontaktierbarkeit des Anschlussbereichs mit zumindest einem elektrischen Leiter nicht beeinträchtigt werden.Advantageously, the recess can be introduced in the form of a bore in the material of the electrically conductive contact element so that the attachment of the contact element in the plug insert, both as well as the contactability of the connection area with at least one electrical conductor are not affected.
In noch einem Beispiel beträgt die Tiefe der Ausnehmung zwischen 1 bis 50 mm, und/oder die Tiefe der Ausnehmung beträgt mindestens 30% der Länge des Temperatursensorelements.In yet another example, the depth of the recess is between 1 to 50 mm, and / or the depth of the recess is at least 30% of the length of the temperature sensor element.
Vorteilhaft kann, abhängig von der konkreten Ausgestaltung des Steckverbinders und des verwendeten Gegenstücks, die Ausnehmung in dem elektrisch leitenden Kontaktelement so platziert werden, dass die thermische Ankopplung des darin angeordneten Temperatursensorelements maximal ausgestaltet ist.Advantageously, depending on the specific configuration of the connector and the counterpart used, the recess can be placed in the electrically conductive contact element so that the thermal coupling of the temperature sensor element arranged therein is maximally configured.
In einem weiteren Beispiel weist der Steckverbinder zumindest ein hitzebeständiges Isoliermaterial auf, insbesondere umfasst das hitzebeständige Isoliermaterial zumindest ein Material oder eine Kombination von Materialien aus: einem Polyesterharz, einem Polyurethanharz, einem Epoxidharz, einem Silikonharz, einem Vinylesterharz, einem Phenolharz, und/oder einem Acrylharz, wobei das hitzebeständige Isoliermaterial zumindest bereichsweise in der Ausnehmung um das Temperatursensorelement herum angeordnet ist.In another example, the connector comprises at least one heat-resistant insulating material, in particular, the heat-resistant insulating material comprises at least one material or a combination of materials: a polyester resin, a polyurethane resin, an epoxy resin, a silicone resin, a vinyl ester resin, a phenolic resin, and / or a Acrylic resin, wherein the heat-resistant insulating material is at least partially disposed in the recess around the temperature sensor element around.
Voreilhaft kann das Temperatursensorelement durch das Isoliermaterial gegenüber dem Material des elektrisch leitenden Kontaktelements elektrisch isoliert werden und zuverlässig in der Ausnehmung gehalten werden. Auch lässt sich die thermische Ankopplung des Temperatursensorelements durch die Verwendung eines thermisch leitfähigen Isoliermaterials, wie zum Beispiel einer Thermoleitpaste, noch erhöhen.In advance, the temperature sensor element can be electrically insulated from the material of the electrically conductive contact element by the insulating material and reliably held in the recess. Also, the thermal coupling of the temperature sensor element by the use of a thermally conductive insulating material, such as a thermal paste, even more.
In einem Beispiel umfasst das elektrisch leitende Kontaktelement ein elektrisch leitendes Material, insbesondere ein Kupfermaterial, und ist im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet.In one example, the electrically conductive contact element comprises an electrically conductive material, in particular a copper material, and is designed substantially cylindrical.
Beispielsweise kann das elektrisch leitende Kontaktelement ein Stecker-Stift oder eine Stecker-Buchse in dem Steckverbinder sein.For example, the electrically conductive contact element may be a plug pin or a plug socket in the plug connector.
Hierfür ist in einem Beispiel das elektrisch leitende Kontaktelement in dem Anschlussbereich pinförmig oder buchsenförmig ausgestaltet zum lösbaren elektrischen Verbinden mit einem korrespondierenden buchsenförmigen oder pinförmigen Kontaktelement.For this purpose, in one example, the electrically conductive contact element in the connection region is configured pin-shaped or bush-shaped for releasable electrical connection to a corresponding socket-shaped or pin-shaped contact element.
Die Erfindung schlägt auch ein Kraftfahrzeug mit einer Akkueinheit und zumindest einem erfindungsgemäßen Steckverbinder vor.The invention also proposes a motor vehicle with a battery unit and at least one connector according to the invention.
Weiterhin schlägt die Erfindung eine Ladestation zum Laden einer Akkueinheit eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem erfindungsgemäßen Steckverbinder vor.Furthermore, the invention proposes a charging station for charging a battery unit of a motor vehicle with at least one connector according to the invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description, are explained in the preferred embodiments of the invention with reference to schematic drawings.
Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines Steckverbinders gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine schematische Schnittansicht eines Steckverbinders gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und -
3 eine schematische Schnittansicht eines Steckverbinders gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. -
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einesSteckverbinders 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a schematic sectional view of a connector according to a first embodiment of the invention; -
2 a schematic sectional view of a connector according to a second embodiment of the invention; and -
3 a schematic sectional view of a connector according to a third embodiment of the invention. -
1 shows a schematic sectional view of aconnector 1 according to a first embodiment of the invention.
Wie es in
An dem Anschlussbereich
Weiterhin wird in
Die Ausnehmung
Der Steckverbinder kann in weiteren, nicht gezeigten, Ausführungsformen weitere Komponenten aufweisen, wie beispielsweise ein Gehäuse und einen Steckereinsatz zum Halten von mindestens einem elektrisch leitenden Kontaktelement.The connector may have other components in further, not shown, embodiments, such as a housing and a plug insert for holding at least one electrically conductive contact element.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description, in the preferred embodiments of the invention are explained with reference to schematic drawings.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1', 1"1, 1 ', 1 "
- SteckverbinderConnectors
- 3, 3', 3"3, 3 ', 3 "
- elektrisch leitendes Kontaktelementelectrically conductive contact element
- 5, 5', 5"5, 5 ', 5 "
- Kontaktbereichcontact area
- 7, 7', 7"7, 7 ', 7 "
- Anschlussbereichterminal area
- 9, 9', 9"9, 9 ', 9 "
- TemperatursensorelementTemperature sensor element
- 11, 11', 11“11, 11 ', 11 "
- Ausnehmungrecess
- 13a, 13a', 13a“13a, 13a ', 13a "
- erste Anschlussleitungfirst connection line
- 13b, 13b', 13b“13b, 13b ', 13b "
- zweite Anschlussleitungsecond connecting cable
- 15, 15', 15“15, 15 ', 15 "
- Anschlagflanschstop flange
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2017/211349 A1 [0004, 0005]WO 2017/211349 A1 [0004, 0005]
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