CN105390203B - 用于电动汽车的呈层结构的注塑包封插接器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了借助于电导体(1)传导电能的装置，所述电导体被至少一个电绝缘第二层(4)包围，以及具有至少一个温度传感器(2)用于检测所述电导体(1)的温度，其中，所述温度传感器设置于所述电导体(1)和所述电绝缘第二层(4)之间。本发明的特征在于：在介于所述电绝缘第二层(4)和所述电导体(1)之间的空隙内设有了电绝缘且导热第一层(3)，同时所述温度传感器(2)设置在所述电绝缘且导热第一层(3)的范围内。

Description

用于电动汽车的呈层结构的注塑包封插接器
技术领域
本发明涉及一种用于借助于电导体传导电能的装置，所述电导体被至少一个电绝缘第二层包围，该装置具有至少一个温度传感器，用于检测所述电导体的温度，其中，所述温度传感器设置在电导体与电绝缘第二层之间。
背景技术
这种类型的用于传导电能的装置例如在用于给电动汽车充电的电缆或电插接连接装置中应用。对于给电动汽车充电需要的是，在相对短的时间内传递大量电荷到电动汽车的电池上。为了使得用于充电的时间保持很短，充电功率必须相应较高，即，在相对较短的时间内必须将大量电荷传递到电池上。这造成了相应大的充电流，因为用于充电过程的持续时间与充电流的增加成比例地下降。然而，较大的充电流导致了用于将电能传递到电动汽车的蓄电池中的电导体相应的发热。在此，这个问题基本上还涉及到充电线缆以及电插接连接装置，利用充电线缆以及电插接连接装置使充电线缆插接到电动汽车上。充电线缆和电插接连接装置的充电插接器不允许超过最大的许可温度，因为否则可能会危及操作人员，因为可能会形成损坏充电设备的过热并且可能会形成直至火灾的系列损害。如果插接连接装置由于腐蚀而处于恶劣的状态，则还明显地增加了由于插接连接装置中的电阻的提高而产生的废热。
出于上述理由，根据现有技术DE 10 2012 200 523 A1已知了一种***和一种方法，利用该***和方法使壁式插接器的热力学检测和控制能够实现，从而在用于电动汽车的充电***中根据所检测到的温度可以对负载进行控制。在此，所述***如此设计，使得确定了充电***与能量源之间的接口上的温度。在此，所述温度被温度传感器来检测，所述温度传感器被包含在插接器组件或者其它壳体或者管道内，上述部件都用于使充电***与能量源相连接。在现有技术中建议的是，温度传感器和引导电压且中性的插接触点部分(所述插接触点部分并不向外延伸)被包封在压铸制成的壳体内。作为温度传感器建议了具有负向温度系数(NTC)的构件或者具有正向温度系数(PTC)的构件。通过这种方式方法能够检测到插接器组件中的温度，并且，充电过程能够根据所检测到的温度被如此控制，使得预设的温度不被超过。
然而，由现有技术得出的、利用插接器壳体的温度传感器的解决方案具有如下缺点：温度传感器在电导体上设置得不够近，因此不能正确地或者说会有延迟地检测到电导体的发热。
发明内容
因此，根据本发明的任务是，提出一种用于借助于电导体传导电能的装置，所述电导体被至少一个电绝缘第二层包围，该装置具有至少一个温度传感器，用于检测所述电导体的温度，其中，所述温度传感器设置在电导体与电绝缘第二层之间，所述装置允许了对电导体的温度的可靠地检测。
根据本发明设定了，在电绝缘第二层与电导体之间的间隙内设有电绝缘且导热第一层，并且，温度传感器设置在该电绝缘且导热第一层的区域内。这意味着，温度传感器与电导体借助于电绝缘且导热第一层被导热地连接，从而使电导体的热尽可能快速且不受影响地传递到温度传感器上。通过这种方式方法确保了，电导体中的温度变化尽可能不被削弱地且不被延迟地传送至温度传感器，从而能被温度传感器可靠地检测到电导体中的温度变化。
根据现有技术的解决方法，在温度传感器与电导体之间缺少导热连接的情况下，温度传感器对于电导体的发热仅非常衰减地反应，本发明与该解决方法相比具有显著的优势。此外，通过由温度传感器对实际温度的更准确显示而增大了有效范围，因为由于经改善的动态性能而能够使得与临界极限(例如最大许可温度)的差距被减小。这通过对温度变化的更快速的反应时间以及显著提高的振幅来实现。
本发明的优势还在于：尤其是不需要改变所述装置(即用于传导电能的电缆或者插接连接装置的插接器)的构造，因为电导体保持不变并且温度传感器还与该电导体相电绝缘地安装。由此导致的结果是：导热第一层被附加地实施成电绝缘的。因此促成了，由于插接连接装置和电缆的布局并没有改变而大大缩短了用于满足电动汽车用标准的认可程序进而变得成本更低廉。根据本发明的装置尤其适用于构成对电动汽车充电的电插接器，所述电插接器必须满足电动汽车用的安全要求。
在本发明的第一构型方案中设定了，围绕所述电绝缘第二层和所述电绝缘且导热第一层周围设有外部第三层。所述第三层优选以压铸工艺来施加，从而通过所述方式方法能够由塑料快速地且价格适宜地生产出用于电动汽车用的充电装置的插接器。通过所述方式方法也能稍微地改变所述插接器的外部设计，其方式是，根据设计方案将外部第三层简单以压铸工艺施加。因为外部第三层位于电绝缘第二层与电绝缘且导热第一层之外，因此对于外部第三层无需关于电击穿强度方面的特殊要求。
此外有利地设定了，电绝缘第二层还附加是热绝缘的。因为电绝缘且导热第一层将电导体的温度传导至温度传感器，因此危险在于：该导热第一层的热无减小地传递到电绝缘第二层上。这又意味着，所述热也能向外传递到第三层上进而传递到插接连接装置的壳体上。为了使插接连接装置的壳体的发热进而第三层的发热最小化，根据本发明设定了，电绝缘第二层还附加地是热绝缘的。因此，从导热第一层至电绝缘第二层的热传递被阻止或者说被禁止，从而使插接连接装置的外部不被或者仅被轻微地加热。电绝缘且热绝缘第二层用于，使通过插接触点被导入到第一层中的热能量在第一层内被集中并且大部分不向外导出。因此，由于传感器上被集中的热能量而使***能够显著更快速地反应。此外，产生的热可以尽可能地保持远离所述外部第三层，从而更好地保护与插接器接触的使用者不受到热的影响。
此外设定了，温度传感器是PTC-元件或者NTC-元件。在此，优选地应用PTC-元件，因为PTC-元件是断丝保护式，因此PTC-元件具有高的响应动态，并且，两个串联的温度传感器还能被简单地分析处理。
此外有利地设定了，电绝缘且导热第一层由经硬化的流体、尤其Gap-Filler 4000构成。通过应用经硬化的流体能更简便地生产出电绝缘且导热第一层，其方式是，使所述流体例如围绕插接触点和插接器的电导体地浇铸，然后硬化。此外，可以在硬化前放入所需的温度传感器，所述温度传感器在硬化时于是在电绝缘且导热第一层内固定。相应的硬化流体例如Gap-Filler 4000(一种热流体)可能与贝格斯公司(Fa.Bergquist)有关。其它硬化流体也可以例如根据两组分原理(Zweikomponentenprinzip)应用，所述硬化流体的组分在加热或通过氧气影响时反应且硬化，这种填充流体可能例如与格罗森克内滕(Ahlhorn)的缪勒公司(Fa.Dr.Müller)有关。
在本发明的另一个构型方案中设定了，电绝缘且导热第一层由热传导带(尤其是由GAP-Pad 5000材料制成的热传导带)构成。在这种情况下，电导体被热传导带包围，所述热传导带收集该电导体的热。同时，温度传感器设置在热传导带的内部并且与热传导带相接触，从而被热传导带所接收的热被传递到温度传感器上。通过所述方式方法也同样可以尽可能多且快地将电导体的热通过热传导带传递到温度传感器上，以便因此能够通过温度传感器对电导体的温度变化尽可能快速且准确地测量。热传导带在此由SIL-PAD-材料构成，所述SIL-PAD-材料可以同样涉及到贝格斯公司的产品型号Gap-Pad 5000。
在本发明的另一构型方案中设定了，温度传感器附加地具有自身的电绝缘部。温度传感器的电绝缘部可以由收缩软管形成，所述收缩软管同样能良好地导热，以便不影响所述温度传感器的动态性能。已经电绝缘的温度传感器的应用简化了在制造插接连接装置时传感器在电绝缘且导热第一层内的布置，因为在此传感器的布置不需要非常精确。而且在这种情况下，传感器非常靠近电导体的这种布置也不会造成任何危险，因为传感器已经电绝缘进而即使在电绝缘且导热第一层较薄的情况下在温度传感器与电导体之间的区域内仍确保了电击穿强度。
此外有利地设定了，温度传感器在预设临界温度的情况下具有电阻值与温度相关的指数变化(指数函数)。这意味着，一旦超过预设临界温度，则温度传感器在达到预设临界温度时特别强烈地反应，并且因此输出相应的强烈信号。因此，能够安全可靠地检测到对最大许可的预设临界温度的超出，其方式是能确保足够的信号强度。
此外设定了，所述装置是电插接连接装置的插接器，并且，电导体在插接器的内侧上以金属的插接触点的形式结束，所述金属的插接触点被引导至插接器的外侧，用于电接触对应于该插接器的对应件。在所述情况下，电导体在插接器的内侧上以金属的插接触点的形式结束，所述金属的插接触点被引导至插接器的外侧，以便在此***接到该插接器的对应件(例如插座)中。这意味着，电插接器的标准构造(专业术语称为插接桥，Steckerbrücke)能够毫无问题地应用，并且因此也无需改变插接器的结构。这避免了(如开头所提及的)其它认可程序进而降低了成本。已经在高电流范围内被认可且被使用的部件能够进一步地应用，而不需要在插接器的基本构造上实施更改。
此外设定了，电绝缘第二层由环状套筒构成。环状套筒作为电绝缘第二层的设定允许了尤其简便地制造出根据本发明的装置，因为在这种情况下呈环状套筒形式的电绝缘第二层稳定地作用。如果电绝缘且导热第一层由硬化流体制造，因为这种硬化流体可以浇铸到电绝缘第二层的环状套筒内并且被所述环状套筒保持直至硬化定型，则上述情况尤其重要。套筒状电绝缘第二层能在电绝缘且导热第一层硬化后通过压铸工艺来浇注成具有外部第三层。通过所述方式方法产生了快速简单且价格适宜的电插接连接装置，所述电插接连接装置的温度能够被快速且可靠地检测，并且因此是用于电动汽车的可靠接口。
附图说明
本发明借助于多个附图进一步得以说明和阐述。附图示出了：
图1：根据本发明的装置，该装置包括电导体，所述电导体具有温度传感器和三个根据本发明的层，
图2：根据本发明的装置，该装置呈电插接器形式，其具有两个导体和一个防护导体，
图3：根据本发明的装置，该装置包括导体和温度传感器，所述导体和温度传感器被传导带包围，
图4：根据本发明的装置，该装置呈插接器形式，其具有两个导体和一个防护导体，其中，所述导体分别被传导带包围，
图5：根据本发明的装置，其中，导热且电绝缘第一层由经硬化的热流体制成，和
图6：图表，该图表示出了由电导体所辐射的且被温度传感器所检测到的温度随时间的变化。
具体实施方式
在图1中示例性地示出了电导体1(例如电缆或者插接器)，其中，电导体1被第一层3包围，所述第一层同时构造为电绝缘且导热。围绕第一层3周围设有一电绝缘且同时热绝缘的第二层4，所述第二层又被外部第三层5包围，所述外部第三层使电缆与外部环境相隔绝。外部第三层5必须既不电绝缘也不热绝缘，并且该外部第三层能仅仅根据设计方案而装备成电缆或者插接器的外部造型。在电绝缘且导热第一层3内部设有温度传感器2，所述温度传感器检测到电导体1的温度。所述情况是这样发生的：在电导体1发热时，热通过电绝缘且导热层3被传递到温度传感器2上。因为第一层3导热，因此电导体1的发热无较大延迟地且无较大衰减地达到温度传感器2。同时，第一层3构造成电绝缘的，以便避免了电导体1向外并且到温度传感器2上的电击穿。第二层4同样是电绝缘的，然而同时构造成热绝缘的，从而电导体1的热仅稍微地输出到电缆的外部或者插接器的外部上。通过这种方式方法避免了外置的第三层5超过许可的程度被加热。外部第三层5能够通过压铸工艺被施加或者能够是传统的电缆护套。
在图2中，本发明被应用于电缆的插接器。在此，上述两个导体1同样分别被电绝缘且导热的第一层3包围，其中，各一温度传感器2被包含在所述第一层3中。围绕所述第一层3周围设有电绝缘且热绝缘的第二层4，所述第二层限制了导体1分别向外的热辐射。在所述第二层周围设有插接器壳体5，所述插接器壳体又可以通过压铸工艺被实施。插接器壳体5在上侧和下侧上还承载有用于接收防护导体6的空隙。
在图3中示出了电绝缘且导热第一层3的实施可能性方案。在此，所述电绝缘且导热第一层包括由SIL-PAD-材料制成的热传导带，所述热传导带接收由电导体1所辐射出的热并且将该热传递到与所述热传导带相接触的温度传感器2上。在此，所述热传导带构造成热传导带软管7。
图4在电缆方面的构型方案也能够转用于电插接器，其中，电绝缘且导热第一层3也在此实施成热传导带软管7并且分别围绕电导体1周围设置。在热传导带软管7上分别设有温度传感器2，所述温度传感器检测到由热传导带软管7所接收的热。
根据图5的实施形式以电缆为示例来阐述如何能生产出电绝缘且导热第一层3。这个实施形式自然也可以应用于图2的插接器上。在图5中，电绝缘且导热第一层3由热流体制成，所述热流体在热状态下围绕电导体1周围来浇注。优点特别在于，电绝缘且热绝缘第二层4被构造成套筒，所述套筒围绕电导体1周围布置。在这种情况下，第二层4的套筒被热的热流体浇注，所述热的热流体在硬化后形成了第一层3。在硬化前，温度传感器2被置入到第一层3的流体中并且在硬化时被固定。通过这种方式方法，包括上述两个层3,4的根据本发明的装置能够简便且成本低廉地生产。在此，所述热流体包括这样的材料：该材料电绝缘且导热良好进而将电导体1的热尽可能无阻碍地传递到所述温度传感器2上。
在图6中示出了图表，所述图表示出了温度随时间的变化。最上方示出了插接器外部接触温度Ts，其中，超过许可温度则表示对使用者产生相应的危险。可识别到的是，插接器上的温度Ts相对较快地上升并且然后渐进地靠近最大温度。在其下方的线描述了温度传感器2上随时间变化的温度曲线TSensor。可识别到的是，所述温度曲线起初同样延迟地反应，然而在约60秒后相当快速地检测到类似的温度，所述类似的温度相应于插接器上的实际温度Ts。为了作比较，示出了基于迄今的现有技术的、具有温度传感器2的插接器的其它特征曲线，其中，在这些特征曲线TST可识别到的是，这些特征曲线对于插接器上的外部温度Ts的上升仅以很小的电压变化来反应，而根据本发明的装置能够相对于插接器上的实际温度Ts来实现所述温度传感器2中的温度TSensor的强烈上升。这意味着，相较于现有技术，本发明能够对插接器上的温度实现显著更精确地检测，并且因此能够通过对实际的温度升高的检测来显著地改善安全性。
参考标号列表
1 电导体
2 温度传感器
3 电绝缘且导热第一层
4 电绝缘且热绝缘第二层
5 外部第三层
6 防护导体
7 传导带软管
Ts 插接器上的外部温度
TSensor 由传感器所检测到的温度
TST 根据现有技术由传感器所检测到的温度

Claims (8)

1.一种用于借助于电导体(1)传导电能的电缆，所述电导体被至少一个电绝缘第二层(4)包围，以及具有至少一个温度传感器(2)，用于检测所述电导体(1)的温度，其中，所述温度传感器(2)设置在所述电导体(1)与所述电绝缘第二层(4)之间，且用于测量电导体(1)的温度的温度传感器(2)与电导体(1)电绝缘，其特征在于，在所述电绝缘第二层(4)与所述电导体(1)之间的间隙内设有电绝缘且导热第一层(3)，并且，所述温度传感器(2)设置在所述电绝缘且导热第一层(3)的区域内，围绕所述电绝缘第二层(4)和所述电绝缘且导热第一层(3)周围设有外部第三层(5)，且至少所述外部第三层(5)以压铸工艺被施加。
2.如权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘第二层(4)还附加地热绝缘。
3.如权利要求1或2所述的电缆，其特征在于，所述温度传感器(2)是PTC-元件或者NTC-元件。
4.如权利要求1或2所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘且导热第一层(3)由经硬化的流体制成。
5.如权利要求1或2所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘且导热第一层(3)由热传导带构成。
6.如权利要求1或2所述的电缆，其特征在于，所述温度传感器(2)附加地具有自身的电绝缘部。
7.如权利要求1或2所述的电缆，其特征在于，所述温度传感器(2)在预设有临界温度的情况下具有电阻值的与温度相关的指数变化。
8.如权利要求1或2所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘第二层(4)由环状套筒构成。
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