CN115968337A - 充电器插头管嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于***电池充电插座的充电器插头管嘴(100)。充电器插头管嘴(100)包括：内部壳体(103)，包围至少一个热源；外部壳体(104)，包围内部壳体(103)；至少一个热源，在内部壳体(103)内；以及至少一个热导体(106)。至少一个热导体(106)的热接收部分位于内部壳体(104)内的气隙中，并且至少一个热导体(106)的散热部分位于外部壳体(104)内的气隙中。

Description

充电器插头管嘴

技术领域

本发明涉及一种用于***电池充电插座中的充电器插头管嘴、一种充电站、一种用于充电器插头管嘴的热管以及热管在充电器插头管嘴中的用途。

背景技术

电动车辆充电电缆中的一个限制因素是当高电流从充电站流过电缆和电连接器流向车辆电池时产生的热量。可以使用液体主动地将热量传导离开热源。通过这种方式，实现超过500A的电流速率。对于这种类型的冷却装置，需要包括液体并将液体从散热器传导到热源并返回。需要额外设备(例如泵)。备选地，被动冷却是可能的。然而，利用现有设计仅能实现高达200A的额定电流。被动冷却需要壳体中的中空部分的设计或不能隔离壳体中的热量的壳体材料的设计。这种设计可能无效或导致充电电缆的高重量。

发明内容

传统的解决方案昂贵(例如主动冷却)、无效或与不利的设计特性相关联，并且因此，可能希望提供一种改进的充电电缆，以避免对主动***的需要、使用可能对环境不利的冷却剂以及相关的投资、维护和运营成本。

该问题通过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。

所描述的实施例类似地涉及充电器插头管嘴、充电站、用于充电器插头管嘴的热管以及热管在充电器插头管嘴中的用途。协同效应可能由实施例的不同组合产生，尽管可能未详细描述协同效应。

技术术语按其常识使用。如果将特定含义传达给某些术语，则将在以下使用术语的上下文中给出术语的定义。

根据第一方面，提供了一种用于***电池充电插座的充电器插头管嘴。该充电器插头管嘴包括：内部壳体，包围至少一个热源；外部壳体，包围内部壳体；至少一个热源，在内部壳体内；以及至少一个热导体。至少一个热导体的热接收部分位于内部壳体内的气隙中，并且至少一个热导体的散热部分位于外部壳体内的气隙中。因此，导体被配置为将热量从至少一个热源传导到充电器插头管嘴外部的环境。

因此，充电器插头管嘴具有两个壳体。然而，还可能有另外的壳体。第一内部壳体包括电缆的一部分，尤其是连接器，其将在连接器插在一起时与插座侧上的对应连接器接触。内部壳体保证了电气绝缘、机械强度，并且防止水和污垢的侵入。第二外部壳体提供了手柄和与用户交互的其他功能。热源的有效冷却是以完全被动的方式实现的，也就是说，没有任何主动设备，例如通过管道泵送冷却流体的风扇或泵。相反，热导体被放置在充电器插头管嘴的内部壳体和外部壳体的自由空间中。由于内部壳体包括相关热源，导体部分布置在内部壳体内，在内部壳体中，导体接收热源的热量，部分布置在外部壳体中，热量传导到外部壳体，并向环境(即充电器插头管嘴外部的空气)提供热传递。例如，导体可以连接到热源，以使其电绝缘但具有低热阻。

表述“位于气隙中”的意思是，其正在取代将充满空气而没有热导体的空间。然而，从现有的充电器插头管嘴开始，外部和/或内部壳体也可以稍作调整，以便接收欺骗导体，或采取措施将热导体集成为沿着热导体的部分的电绝缘或热绝缘。

热导体的材料可以为金属(例如钢或铜)或基于碳化硅或氮化铝的陶瓷，其提供良好的导热性，同时也是绝缘材料。

根据实施例，至少一个热导体为热管。

热管部分填充有液体，该液体在热源处接收热量。液体在热的地方蒸发，并且产生的蒸汽将管道内的热能输送到较冷的区域。在较冷的区域，蒸汽冷凝，并且产生的较冷的水流回热的地方。较冷的区域可以由环境空气冷却。冷却过程可以由提供更大表面的冷却翅片来支持，以将热量散发到环境空气中。

根据实施例，充电器插头管嘴包括空气通道和/或开口中空部分。开口中空部分和/或空气通道位于充电器插头管嘴的表面区域内，该表面区域基本上在对应于冷凝器区的尺寸上延伸。开口中空部分或从中空部分通向环境的空气通道被排气网格覆盖。排气网格可防止灰尘堵塞中空部分并污染管嘴，以及可能影响管嘴内部介电性能的水，或者在最坏的情况下，甚至可能导致电流传导到手柄或光弓的风险。

根据实施例，热管包括被连接到热源的蒸发器和靠近外部壳体表面的冷凝器，该冷凝器通过开口中空部分和/或空气通道与环境连通。

换句话说，热量被传导到充电器插头管嘴的限定且有限的区域，在该区域热量被散发到环境中。这允许在管嘴的包封表面处具有大体上封闭的结构，并且仅在有限的区域中具有开口。

“连接”是指热源是热连接的。因此，不排除热管例如与热源电绝缘。“外部壳体表面”是指外部壳体的至少表面或部分，该表面或部分可能与环境中的空气相互作用，因为其目的是向其散热。尽管热管的冷侧位于外部壳体内部，但表面可以是内表面，将热量通过对应壳体部分的厚度传导至其对应外表面。

例如，蒸发器位于内部壳体内部，并且冷凝器位于外部壳体内部或外部以及内部壳体外部。通过这种方式，热能从内部壳体传输到外部壳体，并在此处消散到环境中。

一个或多个热管的至少一部分连接到一组冷凝器翅片。冷凝器翅片可以为连接的金属板，例如居中且垂直于冷凝区域中的管道的纵轴。板的堆叠可以形成一组翅片。这组翅片增加了向周围空气散发热量的表面。冷凝器翅片也可以是外部壳体结构的一部分。

根据实施例，一个或多个冷凝器连接到一组冷凝器翅片。也就是说，两个或更多个热管可以共享一组冷凝器翅片。优选地，热管连接到冷凝器翅片，从而实现板上的最佳热分布。

根据实施例，一组冷凝器翅片被布置在外部壳体中具有最大可用容积的位置和/或外部壳体处具有最大可用表面积的位置。散热策略可以是这样的，即可以在冷凝器翅片可能被布置的地方识别外部壳体内的最大自由空间，其中该空间不一定覆盖与环境接口的最大可用表面积，或者使得冷凝器翅片以覆盖最大可能表面积的方式布置，或这些选项的组合。例如，组合可以包括两个单独的热管，每个热管都连接有冷凝器翅片，其中一个热管的布置使得最大自由体积被占据，另一个热管的布置使得对环境的最大自由表面被占据。

根据实施例，至少一个热管的冷凝器布置在外部壳体的底侧和/或顶侧。可能有几个气隙路径可以放置热管。这可能包括顶部的路径，例如，从***式管嘴看，从连接器上方到管嘴顶部，或从底侧看。然而，它们也可以放置在侧面，即管嘴的左侧和右侧。

根据实施例，至少一个热导体至少部分地被覆盖，使得由至少一个热导体覆盖的区域处的热耗散减少。

该措施可以用于减少开口，并且将热量从这些区域引导到有限区域，在该区域中热量以增强的方式消散，例如通过多个由网格罩保护的空气通道消散。

换句话说，散热器分别嵌入连接到热管的插头壳体内。嵌入可以通过用金属、陶瓷或其他材料包覆成型散热器来完成，也可以通过在所需位置使用导热塑料进行2K成型来完成。通过这种方式，用户可能直接接触的管嘴部分可以得到保护，以防受热。例如，当热管放置在插头底部时，用户可能会直接接触外部壳体的壁。

散热器的嵌入以及由此减少或消除壳体中的开口也具有额外的益处。首先，避免了内部插头与外部插头之间的空间中聚集水和各种污染物，这可能会阻碍气流并降低冷却效率。此外，如果壳体提供一定程度的密封性，则可以确保内壳内部与壳体内部之间的裂纹传感器的可靠连接。

根据实施例，至少一个热源为电导体和/或电气设备和/或充电器插头管嘴的一部分，其从电池充电插座接收热量并将所接收的热量散发到充电器插头管嘴中。导体可以为电缆或连接器。电气设备可以为例如二极管之类的保护部件，或者通常为半导体或开关。也可能从连接到充电器插头管嘴的插座接收热量，这可能是因为插座是内置的，无法将热量散发到环境空气中。然后，该热量可能流向连接器和连接器周围的区域。然后可以放置热导体，使得连接器区域中的热量也被接收。内部壳体的材料可以被选择为使得朝向热导体具有良好的导热性。

根据实施例，至少一个热导体进一步为位于内部壳体与外部壳体之间的热桥，该热桥由比空气更导热的材料组成。热导体可以通常由金属或陶瓷组成。然而，热导体也可以是一种材料的热桥，该材料比连接到热源的有限区域的空气更导热。例如，热源的有限面积对应于热源(例如连接器)的上表面或下表面，由任何导热材料组成，并将热量从位于内部壳体中的连接器散发到外部壳体。在此处，空气进一步通过空气通道或中空部分消散到环境中，其中空气通道可以在外部壳体中将中空部分与环境连接。

原则上，热桥一般可布置在热位置(例如热源)与套管或壳体的较冷位置之间。这也意味着可以独立于壳体的数量来应用热桥。例如，如果充电器插头管嘴没有内部壳体和外部壳体，而只是与壳体接触或不与壳体接触，或者作为另一示例，如果有多个壳体，则桥可能穿过套管的不同高度。

根据实施例，提供了额外的开口，使得空气能够沿着热管的至少部分流动。在插头的第二壳体中实现更多开口允许引入改进的气流，从而提高热管的冷却效率。这种气流可能类似于烟囱效应。

根据实施例，充电器插头管嘴为电动汽车充电器插头管嘴。因此，其可以连接到充电站，为电动汽车(例如汽车、公共汽车、电动船、无人机或类似车辆)的电池提供能量。能量通过充电器插头管嘴和车辆侧连接的插座传导至电池。

根据第二方面，提供了一种充电站，该充电站包括如上所述的充电器插头管嘴。因此，所描述充电器插头管嘴可以为充电站的一部分。

根据第三方面，提供了一种用于充电器插头管嘴的热管。热管适于使其可布置在充电器插头管嘴的气隙中，并使其从充电器插头管嘴的内部壳体接收散热器(例如电连接器或导体)的热量至充电器插头管嘴的外部壳体。

根据第四方面，提供了一种如上所述的热管在充电器插头管嘴中的用途。

参考附图和以下描述，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。

附图说明

图1示出了充电器插头管嘴的示意图；

图2示出了图1的充电器插头管嘴的热网图；

图3示出了根据实施例的改进的充电器插头管嘴的示意图；

图4示出了图3的充电器插头管嘴的热网图；

图5示出了根据另一实施例的改进的充电器插头管嘴的示意图；

图6示出了根据另一实施例的跨越充电器插头管嘴开口上方的网格图示；

图7示出了根据另一实施例的双热管的图示，其中两个热管与冷凝器翅片平行；

图8示出了根据另一实施例的改进的充电器插头管嘴的示意图；

图9示出了图8的充电器插头管嘴的热网图；

图10示出了根据另一实施例的改进的充电器插头管嘴的图示；

图11示出了图8的充电器插头管嘴的热网图；

图12示出了连接到车辆的充电站的示意图。

具体实施方式

图1示出了优选充电器插头管嘴10，其示出了基本充电器插头管嘴设计的示例，实施例可参考该示例。这种充电器插头管嘴100可以基本上分别包括外部套管或壳体104、内部套管或壳体103、用于将充电电流从充电站传导至电池充电插座的电缆101。电缆101在本公开中称为“壳体”103的内部(即内部套管)内连接到连接器102。内部壳体103的功能是确保电绝缘，以提供机械强度并防止管嘴10被侵入的水和污垢污染。因此，壳体103被大规模密封，并且在一些设计中也呈现出几乎完全密封的结构。该结构进一步包封在外部，即外部壳体104中。该结构的目的是为用户和与用户交互的其他功能提供手柄。分离壳体103和104的原因之一是重量减轻。

图2描绘了双套管连接器设计的简化热描述图。当电流从站通过电缆101和连接器102流入电池充电插座时，在各种热源处产生热量。这种热源可以是连接器102和电缆101，也可以是区域111。注意，在充电期间，连接器连接到车辆侧。车辆侧也会产生损耗，因此通常不能将车辆侧视为散热器。相反，它甚至可能被视为热源。

基本上有三条热路径，在图2中用A、B和C表示，热量沿着这三条路径从热源散发到环境中。热路径A将热量从连接器102经由热阻R1和R2引导至环境。段R1位于内部套管103内部，并且可以具有相对坚固的结构，尽管该结构的热阻可能相当高。第二热阻R2基本上由内部壳体与外部壳体之间的空气填充。该热阻R2可能非常高，导致严重的热约束(见下文)。在外部壳体外部，热量通过热阻R3散发到环境中。R3可能较低，并且主要受辐射和弱对流的影响。

第二路径B类似于路径A，只是方向是“向下”。应注意，所示路径A和B存在于任何径向方向上。

路径C是“通过电缆”的路径。本质上，由于沿路径A和B的电阻非常高，连接器产生的大部分热量通过电缆导体传导，并且通过壳体外部暴露的电缆表面散发到环境中。

具有双套管的连接器102热绝缘性非常好，壳体中的电缆损耗、连接器损耗和路径A和B的高热阻的组合导致壳体内部和连接器处的温度与电缆温度相比升高非常高。壳体内的温度很容易高于电缆温度20K或更高，漏斗型温度甚至更高。换句话说，在具有这种双壳体的典型设计中，壳体内部的连接器区域通常是一个明确的热临界点，因此，连接器的热设计决定性地决定了整个电缆连接器***的额定值。因此，改进从连接器102向环境散热的热路径对设计具有关键益处。

图3示出了根据第一实施例的改进的充电器插头管嘴100。图3中的充电器插头管嘴100具有与管嘴100基本相同的设计，并且包括基本相同的部件。然而，作为热导体的热管106布置在壳体103、104内部。热管106连接到连接器102，其中热量被蒸发器107吸收。然后，热量通过密封件110从蒸发器传送到带有冷凝器翅片108的冷凝器109。热管106的蒸发器在一个或多个位置处连接到连接器102。热管106为内部壳体102的整体部分并且在点110处被密封以通向102的外部。热管106还可以连接到内部壳体的任何关键部分。热管106连接到热源，从而确保良好的热接触。在电气上，热管可以例如通过热管蒸发器端107与寿命部件之间的固体绝缘进行绝缘。或者，热管106可以接地。

图4示出了对应热网图。内部壳体103中的热管106由R9考虑，并且外部壳体中的电阻R10对应于外部壳体104中的管道，R11对应于翅片108。

热管106的蒸发器端107、R9吸收的热量由热管106引导至冷凝器区106、R10、R11。R9由于设计而低。为了减少R11，热管106的冷凝器部分109很好地暴露于环境空气。在建议的设计中，在区域108中，外部壳体104可以提供空气通道或开口，使热管冷凝器端109暴露于环境空气。这些通道可以由例如开口中空部分组成，该开口中空部分在外部壳体104的侧面上可以具有封盖以保护用户不接触热管106。图6示出了具有网格602的这种封盖的图示，其中热管冷凝器108暴露于环境中，将其带到翅片暴露的外部连接器的适当表面，其可能仅由保护网格602覆盖。

图5示出了冷凝器可以放置在外部壳体不同位置的另一个示例。与图3中的示例相比，具有翅片108的热管106的冷凝器部分109相对于外部壳体104表面的面积最大化。该区域处的表面可以包括一个或多个开口，该开口覆盖包括冷凝器和翅片108的开口中空部分，如翅片108上方的虚线所示。

图7示出了双热管，其中两个热管平行，一组冷凝器翅片108连接到管上。冷凝器翅片108由于热管冷凝器端109处的增强的表面而改善散热，并且因此减小电阻R11。所示的翅片可以适于外部壳体104中的可用空间。

翅片108的区域中的散热被认为是被动的并且可以通过适当的设计(例如通过适当的空气通道的尺寸和形状)来采取措施以最大化热性能。可以通过使用热膨胀来更有效地驱动气流来改善气流。

图8示出了一个实施例，其中存在于内部壳体103与外部壳体104之间的气隙填充有更导电的材料111。例如，材料111可以是可少量增加导热性的轻质泡沫，但也可以是更坚固和导电的材料。该设计的优点在于，这种热桥的位置原则上可以沿着充电器插头管嘴100的整个表面进行调整，例如，将热量从被夹持的表面进一步引导。对于这种增强要考虑的一个有趣的表面是沿着被充电器插头管嘴100覆盖的电缆段的表面。图9示出了对应热网图。气隙的电阻R7由比R7低的电阻R7'代替。

图10示出了充电器插头管嘴100的设计，其中内部壳体103与外部壳体104之间的气隙填充有导电结构112，该导电结构112在充电器插头管嘴100的底侧延伸。例如，这种导电结构112可以为热管。导电结构112沿着延伸的充电器插头管嘴100的表面区域连接。在图10中，具体的几何形状是将热管的蒸发器放置在连接器底部(可能相对较小)的间隙中，并且沿着外部壳体的底面引导热管。理想情况下，该区域中热管的形状应进行调整，以使其在尽可能大的表面积上传播热量。然后，热量通过外部壳体底壁的厚度传导到外部。

图11示出了电阻R12、R13和R14的对应热网图。

图12示出了充电站120的示意图作为示例，该充电站120通过充电器插头管嘴100连接到车辆。充电器插头管嘴100与充电站120的连接是固定的，因此充电器插头管嘴100为充电站120的一部分。

本领域技术人员通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，可以理解并实现对所公开实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中列举了某些措施，这一事实本身并不意味着这些措施的组合不能发挥优势。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于***电池充电插座的充电器插头管嘴(100)，包括：

内部壳体(103)，包围至少一个热源；

外部壳体(104)，包围所述内部壳体(103)；

至少一个热源(101，102)，在所述内部壳体(103)内；以及

至少一个热导体(106)；其中所述至少一个热导体(106)的热接收部分位于所述内部壳体(104)内的气隙中，并且所述至少一个热导体(106)的散热部分位于所述外部壳体(104)内的气隙中。

2.根据权利要求1所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述至少一个热导体是热管(106)。

3.根据权利要求1或2所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述充电器插头管嘴(100)包括位于所述充电器插头管嘴(100)的表面处的区域内的空气通道和/或开口中空部分，所述表面处的所述区域基本上在对应于冷凝器区的尺寸上延伸；并且其中所述空气通道和/或所述开口中空部分被排气网格(602)覆盖。

4.根据权利要求2或3所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述热管(106)包括被附接到所述至少一个热源(101，102)的蒸发器(107)以及靠近所述外部壳体(104)的表面的冷凝器(109)，所述冷凝器经由所述开口中空部分和/或所述空气通道与环境连通。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述一个或多个热管(106)的至少一部分被连接到一组冷凝器翅片(108)。

6.根据权利要求5所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述一组冷凝器翅片(108)被布置在所述外部壳体(104)中具有最大可用容积的位置和/或被布置在所述外部壳体(104)处具有最大可用表面积的位置。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述至少一个热管(106)的所述冷凝器(109)被布置在所述外部壳体(104)的底侧和/或顶侧。

8.根据前述权利要求中任一项所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述至少一个热导体(106)至少部分地被覆盖，使得由所述至少一个热导体(106)覆盖的区域处的热耗散减少。

9.根据前述权利要求中任一项所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述至少一个热源(101，102)是电导体和/或电气设备和/或管嘴管嘴从电池充电插座接收热量并将所接收的热量发射到所述充电器插头管嘴(100)中的所述充电器插头管嘴(100)的一部分。

10.根据前述权利要求中任一项所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述至少一个热导体(106)进一步为位于所述内部壳体(103)与所述外部壳体(104)之间的热桥(111)，所述热桥由比空气更导热的材料组成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的充电器插头管嘴(100)，包括位于所述外部壳体(104)的所述表面处的额外开口。

12.根据前述权利要求中任一项所述的充电器插头管嘴(100)，其中所述充电器插头管嘴(100)为电动车辆充电器插头管嘴。

13.一种充电站(120)，包括根据权利要求1至12中任一项所述的充电器插头管嘴(100)。

14.一种热管(106)，用于根据权利要求2至12中任一项所述的充电器插头管嘴(100)。

15.一种热管(106)在根据权利要求2至14中任一项所述的充电器插头管嘴(100)中的用途。

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