EP3994026A1 - Temperaturüberwachtes ladesteckverbinderteil - Google Patents

Temperaturüberwachtes ladesteckverbinderteil

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EP3994026A1
EP3994026A1 EP20734505.9A EP20734505A EP3994026A1 EP 3994026 A1 EP3994026 A1 EP 3994026A1 EP 20734505 A EP20734505 A EP 20734505A EP 3994026 A1 EP3994026 A1 EP 3994026A1
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EP
European Patent Office
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connector part
evaluation unit
current
temperature
load contact
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Pending
Application number
EP20734505.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Führer
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Phoenix Contact eMobility GmbH
Original Assignee
Phoenix Contact eMobility GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a connector part for connection to a mating connector part according to claim 1, a charging station for charging an electric vehicle, an electronic assembly and a connector system.
  • the connector part or a suitable mating connector part can be worn or damaged. This can, for example, lead to increased transition resistances between the load contacts of the connector part and the mating connector part. In the case of high charging currents, such contact resistances can lead to strong heating, which in turn can cause damage or even failure of the connector part.
  • connector parts can be equipped with a temperature monitor in order to interrupt the charging process in the event of impermissible heating before damage occurs.
  • the connector part further comprises, for example, a current measuring device for measuring a current strength of an electrical current flowing through the load contact (e.g. a charging current) as a current flow parameter.
  • a current measuring device for measuring a current strength of an electrical current flowing through the load contact (e.g. a charging current) as a current flow parameter.
  • Certain temperatures can be harmless with certain currents, but indicate too high a contact resistance with other currents.
  • a high but still acceptable temperature can be in the normal range at a high current strength, but show a problem at a comparatively low current strength. This makes it possible to identify problems at an early stage, e.g. before a critical temperature threshold is reached.
  • the evaluation unit of the connector receives the charging current, which is usually regulated by a charging station, e.g. a charging station, and / or another current flow parameter from the charging station, for example from electronics in the charging station.
  • the evaluation unit optionally includes a communication interface.
  • the evaluation unit can optionally be set up to calculate a relative load contact temperature based on the temperature of the load contact and the ambient temperature, e.g. by calculating the difference between the (absolute) temperature of the load contact minus the ambient temperature. In this way, a falsification of the load contact temperature due to e.g. particularly high or low ambient temperatures can be compensated.
  • FIGS. 2 and 3 are views of the connector part according to FIG. 1;
  • the connector part 1 comprises a housing 15 with housing shells 152A, 152B and a plug-in section 151.
  • the plug-in section 151 carries the load contacts 10A, 10B, the protective conductor contact 16 and the further contacts 17.
  • the plug-in section 151 is held between the housing shells 152A, 152B.
  • the load contact 10A, 10B can heat up as a result.
  • a contact resistance is, for example, the result of a worn contact contour of one or both load contacts 10A, 10B, contamination or corrosion.
  • the plug connector part 1 each includes a temperature sensor 1 1A, 11 B for detecting the temperature of one of the two load contacts 10A, 10B.
  • each of the temperature sensors 11A, 11B is arranged adjacent to (in the present case in contact with) one of the two load contacts 10A, 10B.
  • the evaluation unit 12 is set up to determine relative temperatures of the load contacts 11 A, 11 B from the sensor values of the temperature sensors 11 A, 1 1 B of the load contacts 10A, 10B and from sensor values of the temperature sensor 1 1C, e.g. by forming a difference. An influence of the ambient temperature on the measured temperatures of the load contacts 10A, 10B can thus be corrected.
  • the load contacts 10A, 10B are each connected to a line 20A, 20B (specifically, a direct current line) of the cable 2.
  • the magnetic field sensors 140A, 140B of the load contacts 10A, 10B are each arranged on the side of the corresponding load contact 10A, 10B that faces away from the other load contact 10A, 10B. This is made possible in a particularly simple manner by receiving the load contacts 10A, 10B in the recesses 130 of the circuit board 13.
  • the evaluation unit 12 records the duration of the current flow, for example, by determining how long a current intensity exceeding a predetermined threshold value, e.g. one other than zero (without interruption or with interruptions below a predetermined duration) is recorded by means of the current measuring device 14.
  • a predetermined threshold value e.g. one other than zero (without interruption or with interruptions below a predetermined duration) is recorded by means of the current measuring device 14.
  • the evaluation unit 12 By detecting the relative temperatures of the load contacts 10A, 10B and at least one current flow parameter, the evaluation unit 12 allows particularly precise statements to be made about the state of the connector part 1. For example, the evaluation unit 12 can recognize that with a comparatively low charging current, a comparatively high one after a short time relative temperature of one or both load contacts 10A, 10B occurs. The evaluation unit 12 can then, for example, recognize that the transition resistance is obviously too high, even before the temperature rises further. A further deterioration in the state of the connector part 1 and possibly also of the mating connector part 4 can thus be prevented in good time.
  • the evaluation unit 12 is designed to output control signals, e.g. to the charging station 3, e.g. to lower or switch off the charging current in the event that the connector part 1 is in an insufficient state for a specific charging current.
  • control signals e.g. to the charging station 3, e.g. to lower or switch off the charging current in the event that the connector part 1 is in an insufficient state for a specific charging current.
  • the evaluation unit 12 can break off normative communication with the charging station 3 when it detects that the temperature is too high, in order to cause the charging station 3 to shut down as quickly as possible.
  • the evaluation unit 12 comprises a processor 120 and a memory 121.
  • the evaluation unit 12 is a microcontroller with a data memory.
  • comparison values and / or threshold values are stored in the memory 121, which processor 120 can read out in order to compare them with one or more measured values.
  • the evaluation unit 12 is designed to calculate a performance parameter from the measured variables of time (duration of the current flow), current strength and temperature (relative temperature of the load contacts 10A, 10B).
  • the performance parameter is, for example, indicative of a performance and / or a state of connector part 1.
  • the performance parameter describes the heating behavior during a charging process.
  • the performance parameter can be, for example, the relative temperature increase per unit of time of the charging process.
  • the performance parameter also takes into account a time interval to a previous charging process.
  • the evaluation unit 12 can be designed to determine the duration between the start of the current charging process and the end of the previous charging process (and to include it in the determination of the performance parameter). In this way, any warming that has not yet completely subsided from the previous charging process can be taken into account. For example, the first charging process after a cold night shows a different temperature profile, such as the fifth.
  • the evaluation unit 12 compares the determined performance parameter with default values in the memory 121. If the parameter deteriorates, the evaluation unit 12 calculates a corrective measure (for example a reduction in the current intensity by an amount corresponding to the performance parameter or switch-off) and communicates this to the charging station 3.
  • a corrective measure for example a reduction in the current intensity by an amount corresponding to the performance parameter or switch-off
  • the default values stored in the memory 121 correspond, for example, to the performance parameters of the plug connector part 1 in the new state or ideal state.
  • a parameter profile can also be determined by the evaluation unit 12 and can be compared with a comparison profile stored in the memory 121.
  • the performance parameter (by the evaluation unit 12 or the charging station 3) is forwarded, e.g. telemetrically, so that a central monitoring of many charging devices is possible in this regard.
  • the temperature sensors 11A-1 1C, the evaluation unit 12, the circuit board 13 and the current measuring device 14 form an electronic assembly in the present case.
  • the connector part 1 is thus a charging connector part that automatically monitors its performance (in terms of current carrying capacity). For this purpose, the charging current and duration are measured, as well as the relative temperature increase of the load contacts 10A, 10B to the environment. The ratio of two of the variables (e.g. charging current and relative temperature increase) is converted internally into the performance parameter. This is compared with the type's own values when new. In the event of deviations above a specified threshold value, the electronics in the charging plug calculate which measures (e.g. current reduction or shutdown) are to be taken by the charging device and trigger them.
  • the evaluation unit 12 determines, for example, the following measured variables: the charging current, the charging time, the temperature of the load contacts, each separately for both current paths, and the ambient temperature.
  • the above description in connection with the connector part 1 is merely exemplary and the connector part 1 could in particular also be designed in the form of the corresponding mating connector part 4, that is to say mounted or mountable on the vehicle 5 instead of a handle.
  • a sensor system in which the evaluation unit 12 and the current measuring device 14 are arranged at the charging station 3 and the evaluation unit 12 receives the sensor values from the temperature sensors 11A-11C, for example wirelessly or via the cable 2.

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Abstract

Ein Steckverbinderteil (1) zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil (3) umfasst zumindest einen Lastkontakt (10A, 10B) und zumindest einen Temperatursensor (11A, 11B) zum Erfassen einer Temperatur des Lastkontakts (10A, 10B). Dabei ist eine Auswerteeinheit (12) vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors (11A, 11B) und zumindest einen Wert eines Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) zu erfassen.

Description

Temperaturüberwachtes Ladesteckverbinderteil
Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderteil zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil nach Anspruch 1 , eine Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs, eine Elektronikbaugruppe und ein Steckverbindersystem.
Insbesondere im Bereich der E-Mobilität bestehen für Steckverbinderteile und damit verbundene Ladekabel besonders hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer funktionalen Leistungsfähigkeit, Stabilität und Sicherheit. Um Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen in möglichst kurzer Zeit zu laden, werden zum Teil Gleichströme von bis zu 500 A übertragen.
Bei einem mehrjährigen Gebrauch eines Steckverbinderteils mit gegebenenfalls mehreren Tausend Ladezyklen und insbesondere durch Umwelteinflüsse kann es zu einem Verschleiß oder zu Beschädigungen des Steckverbinderteils oder eines passenden Gegensteckverbinderteils kommen. Hierdurch kann es z.B. zwischen Lastkontakten des Steckverbinderteils und des Gegensteckverbinderteils zu erhöhten Übergangswiderständen kommen. Bei hohen Ladeströmen können solche Übergangswiderstände zu einer starken Erwärmung führen, welche wiederum eine Beschädigung oder sogar einen Ausfall des Steckverbinderteils bewirken kann.
Um derartige Folgen von Übergangswiderständen zu vermeiden, können Steckverbinderteile mit einer Temperaturüberwachung ausgestattet werden, um bei einer unzulässigen Erwärmung den Ladevorgang abzubrechen, bevor es zu einer Beschädigung kommt.
Die DE 10 2014 11 1 185 A1 beschreibt ein Steckverbinderteil zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil und mit einer Temperatursensoreinrichtung zum Erfassen einer Erwärmung an dem Steckverbinderteil, wobei die Temperatursensoreinrichtung mindestens ein Sensorelement aufweist, das ausgebildet ist, eine von dem mindestens einen elektrischen Kontaktelement abgestrahlte Infrarotstrahlung zu detektieren. Hierdurch können besonders zügig Gegenmaßnahmen, beispielsweise eine Abschaltung eines Ladestroms, bewirkt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst präzise Überwachung des Zustands eines Steckverbinderteils zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach wird ein Steckverbinderteil zur elektrischen Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil bereitgestellt, das einen Lastkontakt (oder mehrere Lastkontakte), einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Lastkontakts (oder mehrere Temperatursensoren) und eine Auswerteeinheit umfasst. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors und zumindest einen Wert eines Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (oder Stromfluss-Parameter) zu erfassen.
Das basiert auf der Erkenntnis, dass besonders präzise Aussagen zum Zustand des Steckverbinderteils möglich sind, wenn zusätzlich zur Temperatur eines Lastkontakts auch der Stromfluss betrachtet wird.
Das Steckverbinderteil umfasst ferner z.B. eine Strommesseinrichtung zur Messung einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt fließenden elektrischen Stroms (z.B. ein Ladestrom) als Stromfluss-Parameter. Bestimmte Temperaturen können bei bestimmten Stromstärken unbedenklich sein, bei anderen Stromstärken aber auf einen zu hohen Übergangswiderstand hinweisen. Beispielsweise kann eine hohe, aber noch akzeptable Temperatur bei einer hohen Stromstärke im normalen Bereich liegen, aber bei einer vergleichsweise niedrigen Stromstärke ein Problem aufzeigen. Somit ist es möglich, Probleme bereits frühzeitig zu erkennen, bevor z.B. ein kritischer Temperaturschwellenwert erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich erhält die Auswerteeinheit des Steckverbinders den Ladestrom, der in der Regel von einer Ladestation, z.B. Ladesäule, geregelt wird, und/oder einen anderen Stromfluss-Parameter von der Ladestation, beispielsweise von einer Elektronik in der Ladestation. Die Auswerteeinheit umfasst hierzu optional eine Kommunikationsschnittstelle.
Die Auswerteeinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, eine Dauer eines Stromflusses als Stromfluss-Parameter zu bestimmen. Hierzu misst sie z.B. die Dauer einer von Null verschiedenen Stromstärke. Wird ein bestimmter Temperaturwert bereits nach einer vergleichsweise kurzen Dauer erreicht, kann z.B. auf einen zu hohen Übergangswiderstand geschlossen werden, noch bevor deutlich höhere Temperaturen erreicht werden.
Optional ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, (zumindest) anhand des zumindest einen Sensorwerts des Temperatursensors und des zumindest einen Werts des Stromfluss-Parameters einen Performance-Parameter zu ermitteln. Der Performance- Parameter ist z.B. indikativ für eine Leistungsfähigkeit des Steckverbinderteils. Der Performance-Parameter erlaubt eine besonders einfache Aussage zum Zustand des Steckverbinderteils.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Auswerteeinheit einen Speicher und/oder einen Prozessor. Auf dem Speicher ist zumindest ein Vergleichswert gespeichert. Der Prozessor dient z.B. zum Vergleichen des Performance-Parameters mit dem Vergleichswert. Der Vergleichswert kann z.B. den Performance-Parameter für den Neuzustand des Steckverbinderteils angeben.
Optional ist die die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, basierend auf dem zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors und dem zumindest einen Stromfluss-Parameter (und/oder anhand des daraus ermittelten Performance-Parameters) ein Steuersignal zum Absenken einer Stromstärke eines durch die Lastkontakte übertragenen elektrischen Stroms und/oder zum Unterbrechen des durch die Lastkontakte übertragenen elektrischen Stroms auszugeben.
Das Steckverbinderteil kann zumindest zwei Lastkontakte umfassen. Optional umfasst das Steckverbinderteil je Lastkontakt zumindest einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des entsprechenden Lastkontakts. Das ermöglicht es, schnell zu erkennen, wenn bei einem beliebigen der Lastkontakte eine starke Erwärmung auftritt.
Ferner kann das Steckverbinderteil einen Temperatursensor umfassen, der zum Erfassen einer Umgebungstemperatur angeordnet und eingerichtet ist.
Optional ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, anhand der Temperatur des Lastkontakts und der Umgebungstemperatur eine relative Lastkontakt-Temperatur zu berechnen, z.B. durch eine Differenzbildung der (absoluten) Temperatur des Lastkontakts abzüglich der Umgebungstemperatur. Hierdurch kann eine Verfälschung der Lastkontakt- Temperatur durch z.B. besonders hohe oder tiefe Umgebungstemperaturen ausgeglichen werden.
Das Steckverbinderteil umfasst optional einen Griff. Am Griff ist das Steckverbinderteil manuell bedienbar, insbesondere an das Gegensteckverbinderteil steckbar und davon abziehbar. Der Temperatursensor zum Erfassen der Umgebungstemperatur ist optional am Griff angeordnet. Bei dem Steckverbinderteil kann es sich um ein Hochstrom- und/oder Hochspannungs- Steckverbinderteil handeln. Beispielsweise ist das Steckverbinderteil dazu ausgebildet, elektrische Ströme mit einer Leistung von 10 kW oder mehr zu leiten, insbesondere von 50 kW oder mehr, 135 kW oder mehr, oder 350 kW oder mehr. Alternativ oder zusätzlich ist das Steckverbinderteil dazu ausgebildet, elektrische Ströme mit Stromstärken von 100 A oder mehr, insbesondere von 200 A oder mehr, insbesondere von 300 A oder mehr, insbesondere von 500 A oder mehr zu leiten.
Gemäß einem Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Die Ladestation umfasst zumindest ein Steckverbinderteil nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung. Die Ladestation ist z.B. an ein Stromnetz angeschlossen.
Gemäß einem Aspekt wird eine Elektronikbaugruppe für das Steckverbinderteil nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung bereitgestellt, umfassend den zumindest einen Temperatursensor die Auswerteeinheit und die Strommesseinrichtung zur Messung der Stromstärke eines durch den Lastkontakt des Steckverbinderteils fließenden elektrischen Stroms.
Gemäß einem Aspekt wird ein Steckverbindersystem bereitgestellt, mit einem Steckverbinderteil mit einem oder zwei Lastkontakten, einem oder mehreren Temperatursensoren, einer Strommesseinrichtung zum Erfassen einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt fließenden elektrischen Stroms und einer Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors, zumindest einen Wert für die Stromstärke von der Strommesseinrichtung und die Dauer eines elektrischen Stromflusses durch die Lastkontakte zu erfassen, basierend auf den erfassten Werten einen Vergleich mit zumindest einem Vergleichswert durchzuführen, und basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs ein Steuersignal zu erzeugen. Der Sensorwert der Temperatur kann dabei relativ zur Umgebungstemperatur bestimmt werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht einer Ladestation mit einem daran angeordneten Kabel und einem Steckverbinderteil und eines Fahrzeugs mit einem Gegensteckverbinderteil;
Fig. 2 und 3 Ansichten des Steckverbinderteils gemäß Fig. 1 ; und
Fig. 4 bis 7 Teile des Steckverbinderteils gemäß Fig. 2 und 3 in verschiedenen
Ansichten.
Fig. 1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 5 in Form eines Elektrofahrzeugs, mit einer mehrfach aufladbaren Batterie 51 und einer Ladeeinrichtung 50. Das Fahrzeug 5 weist einen oder mehrere Elektromotoren auf, welche durch Strom von der Batterie 51 angetrieben werden können. Zum Be- und/oder Entladen der Batterie 51 ist ein Steckverbinder zum Anschluss des Fahrzeugs 5 an eine Ladestation 3 vorgesehen.
Der Steckverbinder umfasst zwei zueinander passende und lösbar miteinander elektrisch verbindbare Steckverbinderteile 1 , 4, von denen jedes als Gegensteckverbinderteil des jeweils anderen Steckverbinderteils dient. Eines der Steckverbinderteile 1 , 4 ist fest mit einem Kabel 2 verbunden, welches das Steckverbinderteil 1 mit der Ladestation 3 verbindet (hier fest, alternativ über einen weiteren Steckverbinder). Das andere der beiden Steckverbinderteile 1 , 4 ist fest am Fahrzeug 5 montiert und wird nachfolgend als Gegensteckverbinderteil 4 bezeichnet.
Die Ladestation 3 ist dazu ausgebildet, einen Ladestrom zum Aufladen des Fahrzeugs 5 bereitzustellen. Die Ladestation 3 ist vorliegend dazu ausgestaltet, einen Ladestrom in Form eines Gleichstroms (alternativ oder zusätzlich eines Wechselstroms) zur Verfügung zu stellen. Im gezeigten Beispiel ist die Ladestation 3 eine Hochleistungsladestation, die Ladeströme mit einer Stromstärke von über 100 A, vorliegend von 500 A, bereitstellen kann.
Die Fig. 2 und 3 zeigen das Steckverbinderteil 1 der Ladestation 3 in verschiedenen Ansichten. Das Steckverbinderteil 1 ist vorliegend gemäß dem Standard des CCS (Combined Charging System) Typ 2 ausgebildet.
Das Steckverbinderteil 1 umfasst zwei Lastkontakte 10A, 10B zur Übertragung eines Gleichstroms. Die Lastkontakte 10A, 10B sind jeweils zur elektrischen Kontaktierung eines entsprechenden Gegenkontakts des Gegensteckverbinderteils 4 ausgebildet (vorliegend zur Aufnahme eines Kontaktstifts). Ferner umfasst das Steckverbinderteil 1 einen Schutzleiterkontakt 16 (PE-Kontakt) sowie weitere Kontakte 17, z.B. zur Datenübertragung.
Das Steckverbinderteil 1 umfasst ein Gehäuse 15 mit Gehäuseschalen 152A, 152B und einem Steckabschnitt 151. Der Steckabschnitt 151 trägt die Lastkontakte 10A, 10B, den Schutzleiterkontakt 16 und die weiteren Kontakte 17. Der Steckabschnitt 151 ist zwischen den Gehäuseschalen 152A, 152B gehalten.
Das Gehäuse 15, konkret die Gehäuseschalen 152A, 152B bilden einen Griff 150 aus, an welchem das Steckverbinderteil 1 durch einen Benutzer gegriffen werden und auf das Gegensteckverbinderteil 4 gesteckt oder davon abgezogen werden kann.
Mit dem Steckverbinderteil 1 ist das Kabel 2 verbunden. Das Kabel 2 umfasst für jeden der Lastkontakte 10A, 10B, den Schutzleiterkontakt 16 und die weiteren Kontakte 17 einen entsprechenden Leiter.
Über die Lastkontakte 10A, 10B können elektrische Ströme mit mehreren Hundert Ampere an das Gegensteckverbinderteil 4 übertragen werden. Existiert während der Stromübertragung ein zu großer Übergangswiderstand zwischen zumindest einem der Lastkontakte 10A, 10B und einem entsprechenden Gegenkontakt des
Gegensteckverbinderteils 4, dann kann sich der Lastkontakt 10A, 10B infolgedessen erwärmen. Ein solcher Übergangswiderstand ist z.B. die Folge einer verschlissenen Kontaktkontur von einem oder beiden Lastkontakten 10A, 10B, einer Verschmutzung oder einer Korrosion.
Erwärmt sich der Lastkontakt 10A, 10B oder erwärmen sich beide Lastkontakte 10A, 10B zu stark, kann das das Steckverbinderteil 1 und/oder das Gegensteckverbinderteil 4 beschädigen oder sogar eine Gefahr für den Benutzer darstellen.
Insbesondere anhand der Fig. 4 bis 7, welche weitere Komponenten des Steckverbinderteils 1 zeigen, ist ersichtlich, dass das Steckverbinderteil 1 zumindest einem Temperatursensor 11 A, 11 B zum Erfassen einer Temperatur von zumindest einem Lastkontakt 10A, 10B und eine Auswerteeinheit 12 umfasst. Die Auswerteeinheit 12 ist dazu eingerichtet, zumindest einen Sensorwert des zumindest einen Temperatursensors 1 1A, 11 B und zumindest einen Wert eines Stromfluss-Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt 10A, 10B zu erfassen. Das ermöglicht besonders präzise Aussagen zum aktuellen Zustand des Steckverbinderteils 1. Vorliegend handelt es sich bei der Auswerteeinheit 12 um eine Auswerteelektronik.
Im gezeigten Beispiel umfasst das Steckverbinderteil 1 jeweils einen Temperatursensor 1 1A, 11 B zum Erfassen der Temperatur von jeweils einem der beiden Lastkontakte 10A, 10B. Hierzu ist jeder der Temperatursensoren 11A, 11 B benachbart zu (vorliegend in Berührung mit) einem der beiden Lastkontakte 10A, 10B angeordnet. Die
Temperatursensoren sind jeweils z.B. als temperaturabhängiger Widerstand oder als Infrarotsensor ausgebildet. Die Auswerteeinheit 12 ist dazu eingerichtet, Sensorwerte von beiden Temperatursensoren 1 1A, 1 1 B der Lastkontakte 10A, 10B zu erhalten.
Zusätzlich zu den Temperatursensoren 1 1A, 1 1 B zur Messung der Temperaturen der Lastkontakte 10A, 10B umfasst das Steckverbinderteil 1 einen Temperatursensor 11 C zur Messung einer Umgebungstemperatur. Der Temperatursensor 11 C zur Messung der Umgebungstemperatur ist an einer Außenwand des Gehäuses 15 montiert, vorliegend in einer Ausnehmung zwischen den Gehäuseschalen 152A, 152B. Um möglichst wenig durch eine Erwärmung der Lastkontakte 10A, 10B beeinflusst zu werden, ist der
Temperatursensor 11 C für die Umgebungstemperatur (möglichst weit) beabstandet von den Lastkontakten 10A, 10B angeordnet, hier beispielhaft im Bereich des Griffs 150 und vorliegend an der Gehäuseoberseite. Der Temperatursensor 11 C für die Umgebungstemperatur ist ferner so angeordnet, dass er eine gute thermische Verbindung zur Umgebung aufweist.
Die Auswerteeinheit 12 ist dazu eingerichtet, aus den Sensorwerten der Temperatursensoren 11 A, 1 1 B der Lastkontakte 10A, 10B und aus Sensorwerten des Temperatursensors 1 1C relative Temperaturen der Lastkontakte 11 A, 11 B zu bestimmen, z.B. durch eine Differenzbildung. So kann ein Einfluss der Umgebungstemperatur auf die gemessenen Temperaturen der Lastkontakte 10A, 10B korrigiert werden.
Das Steckverbinderteil 1 umfasst eine Leiterplatte 13. Der Temperatursensor 1 1C für die Umgebungstemperatur ist über eine Anschlussleitung 122 an die Leiterplatte 13 und darüber an die Auswerteeinheit 12 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 12 ist vorliegend in Form eines Elektronik-Bausteins ausgebildet, der an die Leiterplatte 13 angeschlossen ist. Die Leiterplatte 13 weist für jeden Lastkontakt 10A, 10B eine Ausnehmung 130 auf. In den Ausnehmungen 130 sind die Lastkontakte 10A, 10B (zumindest) teilweise aufgenommen. Die Lastkontakte 10A, 10B geben eine Steckrichtung vor, entlang derer das Steckverbinderteil 1 in oder auf das Gegensteckverbinderteil 4 steckbar ist. Die Leiterplatte 13 ist eben und senkrecht zur Steckrichtung ausgerichtet.
Wie anhand der Fig. 4 bis 7 zu erkennen ist, sind die Lastkontakte 10A, 10B jeweils an eine Leitung 20A, 20B (konkret jeweils eine Gleichstromleitung) des Kabels 2 angeschlossen.
Die gezeigte Auswerteeinheit 12 erfasst mehrere Stromfluss-Parameter. Im vorliegenden Beispiel erfasst die Auswerteeinheit 12 Stromstärken von durch die beiden Lastkontakte 10A, 10B (alternativ von nur einem) fließendem elektrischem Strom, sowie die Dauer des Stromflusses.
Zur Messung der Stromstärke durch jeden der Lastkontakte 10A, 10B umfasst das Steckverbinderteil 1 eine Strommesseinrichtung 14. Die Strommesseinrichtung 14 ist im Gehäuse 15 angeordnet. Vorliegend weist die Strommesseinrichtung 14 zwei Magnetfeldsensoren 140A, 140B auf. Jeder der Magnetfeldsensoren 140A, 140B ist benachbart zu einem der Lastkontakte 10A, 10B angeordnet, um (indirekt und berührungsfrei) das Magnetfeld der stromdurchflossenen Laststrompfade erfassen, woraus auf die jeweilige Stromstärke geschlossen werden kann. Um möglichst wenig durch den jeweils anderen Lastkontakt 10A, 10B beeinflusst zu werden, sind die Magnetfeldsensoren 140A, 140B der Lastkontakte 10A, 10B jeweils an der Seite des entsprechenden Lastkontakts 10A, 10B angeordnet, die dem anderen Lastkontakt 10A, 10B abgewandt ist. Das wird in besonders einfacher Weise durch die Aufnahme der Lastkontakte 10A, 10B in den Ausnehmungen 130 der Leiterplatte 13 ermöglicht.
Die Dauer des Stromflusses erfasst die Auswerteeinheit 12 z.B., indem sie ermittelt, wie lange eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende, z.B. eine von Null verschiedene, Stromstärke (ohne Unterbrechung oder mit Unterbrechungen unterhalb einer vorgegebenen Dauer) mittels der Strommesseinrichtung 14 erfasst wird.
Die Auswerteeinheit 12 erlaubt durch Erfassen der relativen Temperaturen der Lastkontakte 10A, 10B und zumindest eines Stromfluss-Parameters besonders präzise Aussagen zum Zustand des Steckverbinderteils 1. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 12 erkennen, dass bei einem vergleichsweise niedrigen Ladestrom bereits nach einer kurzen Zeit eine vergleichsweise hohe relative Temperatur von einem oder beiden Lastkontakten 10A, 10B auftritt. Die Auswerteeinheit 12 kann dann z.B. erkennen, dass offenbar ein zu großer Übergangswiderstand vorliegt, und zwar noch bevor die Temperatur weiter ansteigt. So kann eine weitere Verschlechterung des Zustands des Steckverbinderteils 1 und ggf. auch des Gegensteckverbinderteils 4 rechtzeitig verhindert werden.
Die Auswerteeinheit 12 ist dazu ausgebildet, Steuersignale auszugeben, z.B. an die Ladestation 3, z.B. zum Absenken oder Abschalten des Ladestroms für den Fall, dass ein für einen bestimmten Ladestrom nicht ausreichender Zustand des Steckverbinderteils 1 vorliegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit 12 bei Erkennen einer zu hohen Temperatur eine normative Kommunikation mit der Ladestation 3 abbrechen, um so die Ladestation 3 möglichst schnell zu einem Abschalten zu veranlassen.
Die Auswerteeinheit 12 umfasst einen Prozessor 120 und einen Speicher 121. Beispielsweise handelt es sich bei der Auswerteeinheit 12 um einen Mikrokontroller mit Datenspeicher. Auf dem Speicher 121 sind z.B. Vergleichswerte und/oder Schwellenwerte gespeichert, welche der Prozessor 120 auslesen kann, um sie mit einem oder mehreren Messwerten zu vergleichen.
Ferner ist die Auswerteeinheit 12 dazu ausgebildet, aus den gemessenen Größen von Zeit (Dauer des Stromflusses), Stromstärke und Temperatur (relativer Temperatur der Lastkontakte 10A, 10B) einen Performance-Parameter zu errechnen. Der Performance- Parameter ist z.B. indikativ für eine Leistungsfähigkeit und/oder einen Zustand des Steckverbinderteils 1. Vorliegend beschreibt der Performance-Parameter das Erwärmungsverhalten während eines Ladevorgangs. Bei dem Performance-Parameter kann es sich z.B. um den relativen Temperaturanstieg pro Zeiteinheit des Ladevorgangs handeln. Optional berücksichtigt der Performance-Parameter zusätzlich einen zeitlichen Abstand zu einem vorhergehenden Ladevorgang. Die Auswerteeinheit 12 kann ausgebildet sein, die Dauer zwischen dem Anfang des aktuellen Ladevorgangs und dem Ende des vorangehenden Ladevorgangs zu ermitteln (und in die Bestimmung des Performance-Parameters einzubeziehen). So kann eine noch nicht ganz abgeklungene Erwärmung durch den vorhergehenden Ladevorgang berücksichtigt werden. Beispielsweise zeigt der erste Ladevorgang nach einer kalten Nacht ein anderes Temperaturprofil, wie z.B. der fünfte.
Die Auswerteeinheit 12 vergleicht den ermittelten Performance-Parameter mit Vorgabewerten im Speicher 121. Bei einer Verschlechterung des Parameters errechnet die Auswerteeinheit 12 eine Korrekturmaßnahme (z.B. Absenkung der Stromstärke um einen dem Performance-Parameter entsprechenden Betrag oder Abschaltung) und teilt diese der Ladestation 3 mit. Die im Speicher 121 gespeicherten Vorgabewerte entsprechen z.B. dem Performance-Parameter des Steckverbinderteils 1 im Neuzustand oder Idealzustand.
Zusätzlich zu einem einzelnen Performance-Parameter kann auch ein Parameterverlauf durch die Auswerteeinheit 12 ermittelbar und mit einem im Speicher 121 gespeicherten Vergleichsverlauf vergleichbar sein.
Optional wird der Performance-Parameter (durch die Auswerteeinheit 12 oder die Ladestation 3) z.B. telemetrisch weitergeleitet, so dass eine zentrale Überwachung vieler Ladevorrichtungen in dieser Hinsicht möglich wird.
Da in Ladesteckverbinderteilen in vielen Fällen bereits eine Elektronik vorgesehen ist, ist eine Ergänzung um die Temperatursensoren 11A-1 1C, die Strommesseinrichtung 14 und die Auswerteeinheit 12 besonders einfach umzusetzen. Alternativ werden (bis auf die Temperaturen der Lastkontakte 10A, 10B) alle anderen Messgrößen durch die Ladestation 3 erfasst (als Steckverbindersystem).
Mit der Auswerteeinheit 12 ist es somit möglich, die Performance des Steckverbinderteils 1 aktiv und besonders präzise zu überwachen.
Die Temperatursensoren 11A-1 1C, die Auswerteeinheit 12, die Leiterplatte 13 und die Strommesseinrichtung 14 bilden vorliegend eine Elektronikbaugruppe.
Bei dem Steckverbinderteil 1 handelt es sich somit um ein Ladesteckverbinderteil, das seine Leistungsfähigkeit (im Sinne der Stromtragfähigkeit) selbsttätig überwacht. Hierzu werden Ladestrom und -dauer gemessen, sowie die relative Temperaturerhöhung der Lastkontakte 10A, 10B zur Umgebung. Das Verhältnis von zwei der Größen (z.B. Ladestrom und relative Temperaturerhöhung) wird intern in den Performance-Parameter umgerechnet. Dieser wird mit den typeigenen Werten im Neuzustand verglichen. Bei Abweichungen oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts errechnet die Elektronik im Ladestecker, welche Maßnahme (z.B. Stromreduzierung oder Abschaltung) seitens der Ladeeinrichtung vorzunehmen ist und löst diese aus. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt z.B. folgende Messgrößen: den Ladestrom, die zeitliche Ladedauer, die Temperatur der Lastkontakte, jeweils separat für beide Strompfade, sowie die Umgebungstemperatur. Die vorstehende Beschreibung im Zusammenhang mit dem Steckverbinderteil 1 ist lediglich beispielhaft und das Steckverbinderteil 1 könnte insbesondere auch in Form des korrespondierenden Gegensteckverbinderteils 4 ausgebildet sein, also anstelle eines Griffs am Fahrzeug 5 montiert oder montierbar.
Gemäß einer Alternative wird ein Sensorsystem bereitgestellt, bei dem die Auswerteeinheit 12 und die Strommesseinrichtung 14 an der Ladestation 3 angeordnet sind und Auswerteeinheit 12 die Sensorwerte der Temperatursensoren 11A-1 1C z.B. drahtlos oder über das Kabel 2 empfängt.
Bezugszeichenliste
1 Steckverbinderteil
10A, 10B Lastkontakt
11A-11C Temperatursensor
12 Auswerteeinheit
120 Prozessor
121 Speicher
122 Anschlussleitung
13 Leiterplatte
130 Ausnehmung
14 Strommesseinrichtung
140A, 140B Magnetfeldsensor
15 Gehäuse
150 Griff
151 Steckabschnitt
152A, 152B Gehäuseschale
16 Schutzleiterkontakt
17 Kontakt
2 Kabel
20A, 20B Leitung
3 Ladestation
4 Gegensteckverbinderteil
5 Fahrzeug
50 Ladeeinrichtung
51 Batterie

Claims

Patentansprüche
1. Steckverbinderteil (1) zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil (3), mit zumindest einem Lastkontakt (10A, 10B) und zumindest einem Temperatursensor (11 A, 11 B) zum Erfassen einer Temperatur des Lastkontakts (10A, 10B), gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (12), die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors (11A, 11 B) und zumindest einen Wert eines Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) zu erfassen.
2. Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Strommesseinrichtung (14) zur Messung einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt (10A, 10B) fließenden elektrischen Stroms als Parameter in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B).
3. Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu eingerichtet ist, eine Dauer eines Stromflusses als Parameter in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) zu bestimmen.
4. Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu ausgebildet ist, anhand des zumindest einen Sensorwerts des Temperatursensors (11A-11C) und des zumindest einen Werts des Parameters in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) einen Performance-Parameter zu ermitteln.
5. Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswerteeinheit (12) einen Speicher (121) umfasst, auf welchem zumindest ein Vergleichswert gespeichert ist, und einen Prozessor (120) zum Vergleichen des Performance-Parameters mit dem Vergleichswert.
6. Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors (11A, 11 B) und dem zumindest einen Parameter in Bezug auf einen elektrischen Stromfluss über den Lastkontakt (10A, 10B) ein Steuersignal zum Absenken einer Stromstärke eines durch die Lastkontakte (10A, 10B) übertragenen elektrischen Stroms auszugeben.
7. Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Lastkontakte (10A, 10B) und für jeden der Lastkontakte (10A, 10B) einen Temperatursensor (11A, 11 B) zum Erfassen einer Temperatur des jeweiligen Lastkontakts (10A, 10B).
8. Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (11 C) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur.
9. Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu eingerichtet ist, anhand der Temperatur des Lastkontakts (10A, 10B) und der Umgebungstemperatur eine relative Lastkontakt-Temperatur zu berechnen.
10. Steckverbinderteil (1) nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen Griff (150), wobei der Temperatursensor (11C) zum Erfassen der Umgebungstemperatur am Griff angeordnet ist.
11. Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (1) dazu ausgebildet ist, elektrische Ströme von 200 A oder mehr zu leiten.
12. Ladestation (3) zum Laden eines Elektrofahrzeugs (5), umfassend ein Steckverbinderteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Elektronikbaugruppe für das Steckverbinderteil (1) nach einem der Ansprüche 1-11 , umfassend den zumindest einen Temperatursensor (11A, 11 B), die Auswerteeinheit (12) und eine Strommesseinrichtung (14) zur Messung einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt (10A, 10B) des Steckverbinderteils (1) fließenden elektrischen Stroms.
14. Steckverbindersystem, mit
einem Steckverbinderteil (1) mit zumindest einem Lastkontakt (10A, 10B), zumindest einem Temperatursensor (11A-11C), einer Strommesseinrichtung (14) zum Erfassen einer Stromstärke eines durch den Lastkontakt (10A, 10B) fließenden elektrischen Stroms und
einer Auswerteeinheit (12), die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Sensorwert des Temperatursensors (11A-11 C), zumindest einen Wert für die Stromstärke von der Strommesseinrichtung (14) und die Dauer eines elektrischen Stromflusses durch die Lastkontakte (10A, 10B) zu erfassen, basierend auf den erfassten Werten einen Vergleich mit zumindest einem Vergleichswert durchzuführen, und basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs ein Steuersignal zu erzeugen.
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