用于检测电气耦合元件温度的装置和方法与流程

1.本发明涉及一种用于检测电气耦合元件温度的装置。本发明还涉及一种用于检测电气耦合元件温度的方法。


背景技术：

2.在电动车辆的充电过程中，由于电流和电压的传递，在电气耦合元件(如充电插座和充电插头)内产生热能。电流流动过程中产生的热能可能导致充电插座和充电插头过热。为了确保电力充电过程的安全运行，要测量充电插座和充电插头的载流和载压元件的温度。这可以通过温度传感器来实现，该传感器通过电缆与载流和载压元件相连。这需要大量的安装工作和很长的热传导路径。温度也可以通过固定在印刷电路板上的温度传感器来测量。
3.de 10 2019 114 229 a1涉及一种特别是用于电动车辆的充电插头，其中该充电插头具有在印刷电路板上的电路、部件载体和至少一个横向于印刷电路板的接触元件，其中，用于接触元件的电路具有温度传感器并且部件载体由电绝缘的、导热的材料组成，其中温度传感器被布置在印刷电路板的边缘区域在印刷电路板的相对于接触元件横向地取向的前侧，并且部件载体作为电绝缘体和热导体被布置在接触元件和温度传感器之间，其中，部件载体至少在温度传感器的区域内与接触元件相接，并且温度传感器被布置在部件载体的凹槽中。


技术实现要素：

4.因此，本发明所要解决的技术问题是使用在结构上尽可能简单的手段，在充电过程中对载流和载压部件进行有效的温度测量。
5.该技术问题由独立权利要求的主题解决。本发明的有利的进一步实施方案在从属权利要求、说明书和附图中指出。
6.本发明的一个方面涉及一种用于检测电气耦合元件温度的装置，该装置包括被设计为将电流输送到电气元件的电气接触元件和被布置在接触元件上的部件载体，该部件载体包括与接触元件直接接触的导热区域，其中，在部件载体上布置有印刷电路板，该印刷电路板包括至少一个温度传感器，该温度传感器检测接触元件的温度，从而检测电气耦合元件的温度。
7.电气耦合元件可以是充电过程中所需要的充电插座或充电插头，特别是在电动车辆中。为了给电动车辆充电，电气耦合元件(例如充电插座)与另一个电气耦合元件(例如充电插头)耦合。例如，接触元件是位于电气耦合元件内部的高压销。该接触元件尤其可以由金属材料组成。电气耦合元件可以具有多个接触元件。在充电过程中，高电压和充电电流在接触元件中流动。
8.在接触元件上布置有部件载体，其包括与接触元件直接接触的导热区域。该部件载体优选包括硬部件，例如热塑性塑料，和作为导热区域的软部件。作为软部件的导热区域
用于从接触元件向温度传感器定向传输热量。需要硬部件来促进高度自动化的组装。此外，硬部件的几何形状形成为使接触元件和温度传感器之间的空气间隙和爬电距离超过要求的最小值。硬部件具有非常低的导热率(例如0.15w/(m
·
k))，因此流向周围空气和邻近部件的热量流最小。部件载体可以以螺纹方式固定在接触元件上。导热区域在接触元件和温度传感器之间提供电隔离。接触元件的热量流通过导热区域传导到温度传感器。例如，可以设计弹性体作为导热区域。同样，导热区域可以包括陶瓷或矿物元件，其为导热区域提供更高的导热率。例如，导热区域的导热率可以是1.5w/(m
·
k)。然而，应该注意的是，过高的填充水平会导致弹性体变硬，不容易与接触元件和印刷电路板贴合。因此，必须在导热区域的导热率和硬度之间做出妥协。
9.部件载体可以包括另一个区域，该另一个区域由硬部件组成，例如热塑性塑料。该区域可承受机械应力并且可用于简化部件载体在接触元件上的组装。根据制造和装配工艺的不同，部件载体的机械要求可能会有所不同。此外，该另一个区域仅实现了低的导热率，由此，热量流通过导热区域传导到温度传感器。部件载体的形状确保了用于高电压/低电压隔离的空气间隙和爬电距离。为此设置有套环，该套环与接触元件的表面平行并且将接触元件与印刷电路板电绝缘。温度传感器被放置在印刷电路板的远离部件载体的那一侧，以保护它不受机械应力的影响。
10.部件载体可以被放置在接触元件的肩部上。肩部可以是接触元件的凸起。肩部可以环形地围绕接触元件。
11.在部件载体上布置印刷电路板。印刷电路板可以通过夹持元件连接到部件载体上。印刷电路板可被称为pcb。在印刷电路板上布置有温度传感器，它被布置在尽可能紧邻导热区域和接触元件的地方。温度传感器可以被焊接到印刷电路板上。温度传感器可以在低电压水平(例如，最高为12伏)的情况下运行。通过将温度传感器直接放置在导热区域，热损失较少，这确保了温度传感器的检测值的准确性。
12.温度传感器可以检测电气耦合元件的温度值并将其映射成电信号。温度传感器与接触元件电绝缘，并被布置在接触元件的高压区域之外。
13.该装置可以包括由多个部分组成的壳体。壳体可以由电绝缘材料制成。壳体可以具有用于多个接触元件的接收部。接触元件可以被压入后壳体元件中。在后壳体元件和前壳体元件之间可以布置有部件载体、印刷电路板和温度传感器，当组装各壳体时，它们被封闭在壳体内。例如，各壳体可以被插接在一起。
14.弹性密封垫可以布置在前壳体元件和印刷电路板之间。密封垫可以在温度传感器的区域具有凸块。凸块可以作为印刷电路板的止档面。凸块也可以是弹性的。凸块可以补偿部件公差。接触元件可以固定在后壳体元件中。例如，接触元件可以被压装到后壳体元件中。前壳体元件和后壳体元件可以连接在一起，以便将部件载体与电路板一起封闭在壳体的内部。
15.此外，印刷电路板被直接布置在导热区域上。为了保护温度传感器免受机械应力的影响，温度传感器被布置在印刷电路板的远离导热区域的那一侧。
16.此外，可以在接触元件和部件载体之间和/或在部件载体和印刷电路板之间插入导热膏，以增加导热率。温度传感器可以在使用导热材料的条件下与印刷电路板和部件载体进行热耦合。增加的导热率确保了检测到的温度值的准确性。
17.在一个优选的实施方案中，电路板包括导热元件，以增加电路板的导热率。例如，铜元件可以作为导热元件被嵌入印刷电路板中。为此，恰好在温度传感器的区域，在印刷电路板中嵌入有具有高导热率的元件，例如由铜制成的导热孔(thermische vias)。印刷电路板可以直接在温度传感器处具有导热元件。
18.此外，在部件载体上布置有至少另一个印刷电路板，它包括至少另一个温度传感器。通过另一个印刷电路板和温度传感器，可以在接触元件的多个测量点上检测接触元件的温度。通过检测接触元件的多个测量点的温度，接触元件的温度偏差可以被考虑在内。为检测总温度，可以对检测到的数值进行平均化处理。
19.本发明还涉及一种用于检测电气耦合元件温度的方法，包括提供电气接触元件，其被构造为用于向电气元件输送电流，在接触元件上布置部件载体，该部件载体包括与该电气耦合元件直接接触的导热区域，以及在该部件载体上布置印刷电路板，该印刷电路板包括至少一个温度传感器，其中通过温度传感器检测电气耦合元件的温度。
20.温度是在印刷电路板的远离导热区域的那一侧测量的。
21.此外，在接触元件和部件载体之间和/或在部件载体和印刷电路板之间引入用于增加导热率的导热膏。导热膏可以是弹性的或可塑性变形的。
22.在另一个实施方案中，部件载体在接触元件上的布置包括将塑料注塑到接触元件上。因此，部件载体可以作为注塑件被直接注塑到接触元件上。这使得在组装电气耦合元件时能够实现高度的自动化。
23.此外，在部件载体上布置至少另一块印刷电路板，其包括至少另一个温度传感器。
附图说明
24.下面将参照附图对本发明的一个优选实施例进行解释。在附图中：
25.图1示出根据第一实施例的电气接触元件的剖视图，
26.图2示出根据第二实施例的电气接触元件的剖视图，
27.图3示出根据第三实施例的电气接触元件的剖视图。
28.附图只是示意性的表示，仅用于解释本发明。相同或相似的元素在整个过程中用相同的附图标记。
具体实施方式
29.图1显示了根据第一实施例的电气接触元件100的剖视图。
30.电气接触元件100是电气耦合元件的一部分。例如，电气耦合元件可以是充电插头或充电插座，特别是用于电动车辆。在第一实施例中，电气接触元件100是销100。销100被插入到两件式壳体的后壳体元件101中，并与后壳体元件101机械地连接。例如，后壳体元件101可以与前壳体元件102通过螺纹连接件、夹持件或焊接相互连接。在后壳体元件101和前壳体元件102之间布置有部件载体103和印刷电路板104。
31.印刷电路板104抵靠在部件载体103上，并被固定在部件载体103上。印刷电路板104在印刷电路板104的与部件载体103相反的那一侧具有温度传感器105。温度传感器105用于检测电子部件的温度，特别是销100的温度。
32.此外，部件载体103包括导热区域106。温度传感器105被布置成尽可能靠近在销
100和导热区域106之间的接触位置。导热区域106可以包括导热弹性体。因此，来自销100的热量流通过部件载体103的导热区域106，通过印刷电路板104到达温度传感器105。为了提高印刷电路板104的导热率，印刷电路板104可以在温度传感器105的区域内具有导热元件。
33.部件载体103将温度传感器105与工作期间施加在销100上的高电压隔离。除了导热区域106之外，部件载体103还包括具有低导热率的硬部件区域107。例如，硬部件区域107可以具有0.15w/(m
·
k)的导热率。此外，硬部件区域107是可以机械受力的。
34.部件载体103被这样布置在接触元件100的突起109上，即，使得导热区域106直接抵接在接触元件100的突起109上。因此，热量流从接触元件100通过导热区域106直接传导到温度传感器105。
35.在销100上布置有弹性密封垫108，它例如以流体密封的方式密封销100。密封垫108被插入到前壳体元件102中。
36.图2示出根据第二实施例的电气接触元件100的剖视图。
37.根据第二实施例，硬部件区域107由热塑性塑料组成。导热区域106是由陶瓷制成的。陶瓷与热塑性塑料一起表现出结构机械性能，因此可承受机械应力并且导热率得到了保证。在销100和部件载体103之间以及在部件载体103和印刷电路板104之间施加有导热膏110。根据另一个实施例，导热膏110被施加在部件载体103和印刷电路板104之间，或者被施加在销100和部件载体103之间。
38.图3显示了根据第三实施例的通过电气接触元件100的剖视图。
39.根据第三实施例，部件载体103被包覆在销100周围。在此，部件载体103由塑料制成，特别是由弹性体制成。在前壳体元件102和后壳体元件101之间的区域中，弹性体被注塑在销100的凸起109上。印刷电路板104直接靠在部件载体103上，并例如通过夹持元件固定在部件载体103上。弹性密封垫108在面向温度传感器105的那一侧具有凸块111。凸块111抵靠在印刷电路板104的布置有温度传感器105的表面上并且保护温度传感器105免受机械应力的影响，特别是当前壳体元件102与后壳体元件101相互对接时。此外，凸块111可以补偿部件公差。凸块111也可以是弹性的。
40.为了便于装配，销100被固定在后壳体元件101中。例如，销100可以被压入后壳体元件101。导热膏110可以被涂在部件载体103上。替代的是，导热膏110也可以涂在接触元件100上。随后，印刷电路板104被连接到部件载体103的涂有导热膏110的表面。密封垫108被布置在前壳体元件102上。前壳体元件102在销100上滑动，从而同时将部件载体103与印刷电路板104一起压向销100。
41.这里提出的方法成本低并且结构简单。通过印刷电路板和部件载体的导热区域将温度传感器与接触元件进行热耦合，简化了温度检测，并可确保提高测量精度。部件载体可以制造成塑料的注塑件，并直接注塑在接触元件上。电气耦合元件的装配可以通过插接组装自动完成。
42.附图标记列表
43.100 接触元件
44.101 后壳体元件
45.102 前壳体元件
46.103 部件载体
47.104 印刷电路板
48.105 温度传感器
49.106 导热区域
50.107 硬部件区域
51.108 密封垫
52.109 凸起
53.110 导热膏
54.111 凸块。