具有主动冷却的电动车辆充电连接器的制作方法

1.本发明涉及电动车辆充电连接器、充电站以及主动冷却元件在电动车辆充电连接器中的用途。


背景技术：

2.在用于电动车辆的充电电缆中的一个限制因素是当高电流从充电站通过电缆和电连接器流到车辆的电池时生成热量。可以使用液体主动地将热量从热源传导出去。以这种方式，实现了超过500a的电流等级。对于这种冷却，需要一种包括液体并且将液体从散热器传导到热源并且返回的布置。需要附加的设备，诸如泵。替代地，被动冷却是可能的。但是，对于现有设计，只能实现高达200a的额定电流。被动冷却需要一种作为外壳或外壳材料中的中空部分的设计，外壳中的热量。这种设计可能无效或导致充电电缆的重量过大。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供电动车辆充电连接器的改进的热性能。
4.该问题由独立权利要求的主题解决。实施例由从属权利要求、以下描述和附图提供。
5.所描述的实施例类似地涉及电动车辆充电连接器、充电站以及热管在电动车辆充电连接器中的用途。尽管可能未详细描述实施例的不同组合，但实施例的不同组合可以产生协同效应。
6.技术术语按其常识使用。如果向某些术语传达特定含义，则将在使用这些术语的上下文中在下文中给出术语的定义。
7.根据第一方面，提供了一种电动车辆充电连接器，该电动车辆充电连接器包括外壳，该外壳被配置为从电动车辆充电连接器的后端到前端接纳和引导电缆、并且在前端中包围容纳功率触点的隔室，其中电动车辆充电连接器还包括主动冷却元件。也就是说，主动冷却元件是附接到外壳或在外壳内部的硬件设备。“后端”是指电动车辆充电连接器的一部分，从电缆连接的角度来看，它面向充电站。因此，前端在插入时面向车辆。来自充电站的电缆在后端处被接纳并且穿过连接器一直延伸到用于功率触点的隔室，该隔室是与车辆的接口。
8.根据一个实施例，主动冷却元件是风扇。与液体冷却相比，风扇是一种经济且重量轻的设备，其易于实现。在站侧不需要泵，也不需要像液体冷却那样复杂的接口和电缆。然而，必须考虑在以下实施例中概述的一些方面。风扇可以是小型风扇，因为它例如在移动计算设备中用于冷却处理器或其他设备。即，可以使用市场上容易获取的相对简单且小型的风扇。在一个示例中，布置在外壳中的风扇引起可以被引导或湍流的空气流，该空气流冷却隔室并且因此也冷却隔室中的功率触点。
9.根据一个实施例，外壳还包括保护过滤器(例如，ip44过滤器)或保护膜，该保护过滤器或保护膜被配置为向主动冷却元件(诸如风扇)提供新鲜空气或从主动冷却元件向环
境吹送空气。ip(国际保护)代码44表示针对异物和防溅的保护。可以满足根据其他ip等级或代码的要求。“保护”应当理解为保护过滤器或保护膜被配置为保护以免水和灰尘或类似元素进入。
10.根据一个实施例，外壳还包括附加孔，该附加孔被配置为向主动冷却元件提供新鲜空气或从主动冷却元件向环境吹送空气。通过在外壳中提供孔，可以在一定程度上引导空气流，使得空气不会在外壳中积聚或耗尽。可以操作诸如风扇之类的主动冷却元件，使得空气流从过滤器被引导到孔，反之亦然。孔的大小可以是保护和热性能之间的折衷的结果。
11.根据一个实施例，电动车辆充电连接器还包括内壳，其中外壳包围内壳并且内壳包围用于功率触点的隔室。内壳可以至少相对于外壳被密封并且提供对隔室和功率触点的高度保护。
12.根据一个实施例，电动车辆充电连接器还包括热管。热管是一种除了主动冷却元件还可以使用的被动冷却元件。热管和风扇的组合非常高效。热管可以是带有两个蒸发器和管子的双热管以在附接在内壳内部的不同位置(例如，功率触点)处时可以放大热量的吸收。此外，电动车辆充电连接器可以包括多个热管，例如，在ac充电连接器的情况下，每个相可以有一个热管。
13.根据一个实施例，热管包括布置在内壳内部的蒸发器、布置在外壳内部和内壳外部的自由空间中的冷凝器、以及将蒸发器与冷凝器连接的热桥元件。此外，冷却元件也布置在外壳内部的自由空间中。在“热桥元件”下，管子或热管的一部分被理解为将蒸汽从蒸发器引导到冷凝器。因此，通过使用热管，可以将来自隔室的热量传导到空气流风扇最有效的位置。尤其是在空气流通过冷凝器的翅片时，可以冷却的表面积很大。此外，当具有密封内壳时，热量可以通过密封点传导出内壳，从而保持内壳内部的密封和高ip保护等级。通过使用热管，可以将来自隔室的热量传导到空气流风扇最有效的位置。尤其是在空气流通过冷凝器的翅片时，可以冷却的表面积很大。此外，当具有密封内壳时，热量可以通过密封点传导出内壳，从而保持内壳内部的密封和高ip保护等级。
14.根据一个实施例，外壳包括内部结构，该内部结构被配置为引导空气流以使该空气流通过待冷却元件。待冷却元件可以是冷凝器、隔室和/或功率触点。该结构可以被设计成考虑到对环境的环境空气的入口和出口，诸如过滤器、膜和用于引导空气流的孔。
15.根据一个实施例，电动车辆充电连接器包括控制单元和温度传感器，其中控制单元被配置为根据温度传感器测量的温度控制冷却元件。冷却元件可以例如通过到充电站的低电压连接来供电。因此，主动冷却元件或风扇是可控的。为此，电动车辆充电连接器还可以包括例如自身的控制电路和温度传感器。例如，风扇可以在达到外壳内部的温度的预定义阈值之前不启动，或者旋转速度可以与温度相对应地调节。这可以允许使用较小的冷却设备，其可以仅以必要的速度驱动，并且仅在必要时以最大速度驱动。此外，如果温度变得太高，则可以给出警告或者可以采取诸如减少或停止去往车辆的电力传输之类的措施。受控速度还可以延长风扇的寿命。
16.根据另一方面，提供了一种充电站，该充电站包括如本文所述的电动车辆充电连接器。
17.根据一个实施例，充电站还包括向电动车辆充电连接器提供低电压能量的接口。
18.根据另一方面，提供了一种主动冷却元件在如本文所述的电动车辆充电连接器中
的用途。
19.参考附图和以下描述将能够更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。原则上，相同或等效的要素具有相同的附图标记。
附图说明
20.图1示出了电动车辆充电连接器的图；
21.图2示出了还包括风扇的图1的电动车辆充电连接器的图；
22.图3示出了图1和2所示布置的组合的图；以及
23.图4示出了热性能的图。
具体实施方式
24.图1示出了该设计的主要特征。充电连接器包括外壳104，外壳104被配置为从电动车辆充电连接器100的后端111到前端113接纳和引导电缆101，并且在前端113中包围容纳功率触点的隔室102或触点保持器102。电缆101链接到内壳103内部的前端113中的隔室或触点保持器102。内壳103的功能是确保电绝缘、机械强度、防止水和污垢污染。为此，壳体103是大量密封的并且在一些设计中也几乎是完全封装的结构。触点保持器102也可以以这种方式处理。组件102和103的组合进一步封装在外壳104中。连接器100可以包含附加“闩锁元件”115。该元件115是用于将连接器锁定到汽车的杠杆，并且促进汽车与充电桩之间的通信使得可以开始充电会话。
25.整体设计的目的是具有对触点的三重机械保护(由触点保持器102、内壳103和外壳104保证)以及双重ip(国际保护、侵入保护)保护(由触点保持器102和内壳103保证)。将壳体103和104分开的另一原因是重量。对内壳103的严格功能要求导致了相当稳固和沉重的设计，这也可能是“终生密封”的。另一方面，体积较大的外壳104以相当轻的方式构建，重点是减轻重量和增加舒适度。
26.图2示出了带有电缆101的连接器100，该电缆101包含用于功率触点、接地和信号触点的铜导体。连接器100还包括隔室102(即，用于功率触点的保持器)、外壳104和主动冷却系统130。在该设计示例中，没有内壳。主动冷却系统130可以是简单的风扇，诸如用于冷却膝上型电脑和其他电子组件的小型风扇。整个系统的设计方式使得可以通过ip44防水和灰尘进入保护测试，这意味着风扇的等级至少为ip44。例如，这可以通过使用适当的过滤器来实现，以保护风扇免受外部环境的影响。冷却系统130可以包括这些风扇130中的一个或多个，并且在理想情况下，它允许新鲜空气直接流到被保持在触点隔室102中的功率触点上。外壳104的设计方式使得其将风扇130直接暴露于外部环境。风扇130与环境之间的唯一屏障是ip44过滤器或膜。以这种方式，可以实现新鲜空气的高效流动。这也可以通过在不同位置包括一个或多个小开口来实现。因此新鲜空气可以通过这些开口进入连接器并且通过风扇开口排出。外壳104可以以完全相反的方式设计：新鲜空气通过风扇130进入并且通过小开口离开。在理想情况下，外壳还具有将新鲜空气导向触点保持器或隔室102中的功率触点的特征，但这并非总是必需。实际上，如果外壳104和触点隔室102足够敞开，则可以保证适当的湍流空气流动，而无需借助任何特定特征将空气引导到触点。
27.图3示出了一个示例，其中充电连接器100包括风扇130和热管106两者，热管106具
有蒸发器107、热桥112和带有翅片108的冷凝器109。蒸发器可以热连接到电缆或到隔室内的功率触点。热管将内壳103中的隔室102中生成的热量经由热桥112传输到外壳中的冷凝器109，从而通过密封点110。来自风扇的空气流可以被导向热管的翅片，以实现高效冷却。
28.在热性能方面，为连接器添加风扇的好处的实验证据如图4所示。该图示出了功率触点的温度随时间变化的曲线图，这是针对具有70mm2(曲线404)或120mm2(曲线405)的导体的汽车插座的基准供应商、并且针对如本公开中提出的充电连接器而测量的。充电连接器包括诸如由热管和冷凝器桥接的内壳之类的特征。充电连接器仅在70mm2汽车插座的情况下测量，这表示在不断变化的条件下的更保守的场景。首先，在没有热管的情况下测试连接器，得到曲线402。然后，添加热管，得到曲线406。在开始时(区段410)，没有使用外壳。在区段420中，系统关闭，并且在几分钟后再次开启，并且没有进一步的含义。然后，在区段430、440和450中，添加充电连接器的外壳。区段430中的曲线示出了外壳中在有覆盖孔时的温度，以允许自然对流。然后，这些孔被关闭，导致热性能下降，如区段440所示。最后，在区段450中，添加风扇，导致所比较的配置的最佳热性能，这表明，使用风扇可以带来巨大的好处。值得注意的是，起点(即，没有热管的连接器)比基准供应商更差，即，触点处的温度更高，这可以解释为触点的热和机械隔离非常好。这证明，基本配置的连接器以及因此进一步配置的连接器是非常安全的连接器。通过实现具有热管或热管和外壳中的附加孔的所述冷却系统，热性能变得优于基准(使用相同的70mm2汽车入口；曲线404)。此外，如果还实现风扇，则热性能甚至优于具有较大汽车入口的基准(曲线405)，而带有风扇的充电连接器在较小汽车入口下被测量(曲线406，区段450)。
29.充电站经由电动车辆充电连接器100连接到车辆。电动车辆充电连接器100与充电站的连接是固定的，使得电动车辆充电连接器100是充电站的一部分。
30.通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。仅在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。